加速度センサの原理

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公開日:2020/7/23　　　　　　　　　

前提知識
　・ニュートンの法則
　・圧電素子 , ひずみゲージの原理

■基本原理
バネの原理を利用し、バネの変位量から与えられた加速度(力)を測定するのが、加速度センサの代表的な原理の一つです。

バネ定数をK[N/m]、バネの変位量をx[m]とすると、フックの法則によりバネにかかる力F[N]は以下。

ここで上式をニュートンの第2法則 F=maと比較すると以下となり、バネの変位量から加速度が解ります。

■バネの変位量の求め方
以下の様に導体板の静電容量の変化によってバネの変位量を計測する方法があります。その他にも圧電素子やひずみゲージを使って変位量を求める手法もあります。

■センサ概略図
以上を踏まえて、静電容量式のセンサ概略図は以下となります。

■センサの性質における注意点
加速度センサは自由落下させても重力加速度は計測できません。それは基準位置が既に重力加速度が考慮された状態になっており、センサを自由落下させても中のバネの変位量は基準位置より変化しないからです。

また、センサを回転方向に動かしても加速度は計測されません。回転方向に働く力を計測するためには角速度センサが必要になります。

■センサ応用例
加速度センサを使って路面の傾斜/勾配角を求める事ができます。こちらを参照。