Что такое акселерометр?
Акселерометр — это измерительный прибор, название которого происходит от латинского «accelero» (ускоряю) и греческого «metreo» (измеряю). Его основная задача — фиксировать величину ускорения. Изначально он применялся в наземном транспорте, а позже его использование распространилось на летательные аппараты, ракеты и многие другие виды техники.
История создания и развития
Прибор был изобретен в конце XIX века для контроля скорости движения автомобилей и паровозов. На его шкале обязательно отмечалось предельно допустимое ускорение, превышение которого, отмеченное красной зоной, могло привести к разрушению двигателя. Таким образом, акселерометр стал важным элементом безопасности. Первыми его стали устанавливать на автомобили Ford в 1890-х годах, а затем и на машины «Mercedes-Benz». С развитием железнодорожного транспорта приборы появились и на паровозах. Первые модели были громоздкими, что стимулировало постоянное совершенствование их конструкции.
В Россию акселерометры попали вместе с импортной техникой — автомобилями и паровозами. Однако выяснилось, что зарубежные устройства плохо переносят сильные морозы. Это побудило отечественные предприятия начать разработку собственных, более надежных моделей, с использованием морозостойких сталей и сплавов. Особое внимание уделялось приборам для военной техники и авиации.
Акселерометры для армии и самолетов изготавливались из специальных нержавеющих сталей и прочных легких сплавов, способных выдерживать экстремальные условия и вибрации. В СССР модернизацией этих устройств занимались специальные конструкторские бюро (СКБ) при оборонных заводах в середине XX века. К началу XXI века было создано несколько различных типов акселерометров.
Принцип работы и устройство
Действие прибора основано на использовании инерционной силы. Внутри корпуса, жестко закрепленного на раме транспортного средства, находится подвижная масса, подвешенная на пружинах. При ускорении или торможении корпус движется, а инертная масса стремится сохранить свое первоначальное состояние, «отставая» или «опережая» корпус. Это вызывает сжатие одной из пружин и смещение массы. Величина этого смещения, измеряемая потенциометром, прямо пропорциональна ускорению. Для гашения колебаний массы используется демпфер. В качестве элементов подвески часто применяют пружины из стали марки 65Г и шарнирные соединения.
Конструктивные схемы
Одна из распространенных схем — маятник со спиральной пружиной. В линейных моделях смещение массы пропорционально ускорению, а в маятниковых — эта зависимость нелинейна, но зато они обладают высокой чувствительностью к малым ускорениям. При небольших углах отклонения зависимость можно считать линейной, но с ростом угла увеличивается погрешность.
Важной проблемой является влияние боковых ускорений, которые могут искажать измерения. Для ее решения используют систему из двух параллельных маятников, соединенных тягой. Такая соединение образует так называемый антипараллелограмм (двухкривошипный механизм), который компенсирует боковые воздействия. Для измерения углового ускорения используется ротор на оси, связанный со спиральной пружиной; его поворот пропорционален угловому ускорению.
Современное применение
Сегодня акселерометры являются неотъемлемой частью сложных электронных систем. В современных транспортных средствах, самолетах и ракетах они интегрированы с бортовыми компьютерами. Компьютер анализирует данные об ускорении и через исполнительные механизмы автоматически корректирует работу двигателей, оптимизируя режимы движения для повышения эффективности и безопасности.
В России продолжают выпускать различные модели акселерометров, такие как АМ-В10/0, АК-10МГ, АК-15МС и другие, отвечающие требованиям современных потребителей.