1월15일에서 2,145

가속도계 가이드: 작동 방식, 유형, 사양 및 용도

가속도계는 움직임, 진동, 기울기 및 중력의 영향을 측정하는 데 도움이 되는 작은 센서입니다.이 기사에서는 가속도계가 무엇인지, 내부 감지 요소를 사용하여 가속도를 감지하는 방법, 성능을 정의하는 주요 사양에 대해 알아봅니다.또한 감지 기술, 측정 축 및 출력 신호를 기반으로 하는 다양한 유형의 가속도계를 살펴봅니다.일반적인 응용 분야와 다른 모션 센서와의 명확한 비교도 다룹니다.

카탈로그

그림 1. 가속도계

가속도계란 무엇입니까?

가속도계는 가속력을 감지하여 동작과 방향의 변화를 감지하도록 설계된 소형 전자 센서입니다.이는 움직임과 중력 효과를 포함하여 물체에 작용하는 지속적이고 변화하는 힘에 모두 반응합니다.가속도계는 소형 칩 수준 장치부터 견고한 산업용 하우징에 이르기까지 다양한 물리적 형태로 제작됩니다.그 출력은 전자 회로나 디지털 시스템으로 해석할 수 있는 측정 가능한 데이터를 제공합니다.

가속도계의 작동 원리

그림 2. 가속도계의 작동 원리

가속도계는 장치에 가속이 발생할 때 검증 질량의 움직임을 감지하여 작동합니다.정지 상태에서 검증 질량은 평형 위치에 유지됩니다.가속도가 적용되면 검증 질량의 관성으로 인해 센서 프레임을 기준으로 이동하게 됩니다.그림 2는 이러한 작동 원리를 보여줍니다.가속도가 센서에 작용하면 매달린 질량이 스프링의 복원력에 반대하여 편향됩니다.변위량은 적용된 가속도의 크기 및 방향과 직접적인 관련이 있습니다.

이러한 기계적 변위는 검증 질량의 움직임을 측정 가능한 전기적 변화로 변환하는 감지 요소에 의해 감지됩니다.감지 방법에 따라 이러한 변화는 정전 용량, 저항 또는 생성된 전하의 변화로 나타날 수 있습니다.감지 회로는 이러한 변화를 처리하고 적용된 가속도에 비례하는 전기 신호를 생성합니다.

가속도계 사양

사양	설명
측정 범위	공통 범위 ±2g, ±4g, ±8g, ±16g, 최대 ±200g입니다.
감도	전형적인 감도는 g당 1mV ~ g당 1000mV입니다.
해상도	해상도 ADC 유형에 따라 8비트에서 24비트 범위
출력 유형	다음과 같이 사용 가능 아날로그 전압 또는 디지털 I2C 및 SPI
축 측정	단일 축, 이중 축 또는 3축 감지
대역폭	빈도 대역폭 범위는 10Hz ~ 5000Hz입니다.
빈도 응답	평탄한 반응 정격 대역폭 범위 내
소음 밀도	일반적인 소음 밀도는 √Hz당 20μg ~ √Hz당 300μg입니다.
제로 g 오프셋	오프셋 오류 일반적으로 ±20mg ~ ±100mg입니다.
선형성	선형성 오류는 전체 스케일의 ±0.5% 미만입니다.
교차축 감도	교차축 민감도가 2% 미만입니다.
운영 중 전압	공급 1.8V ~ 5.5V의 전압 범위
현재 소비	저전력 모델은 1μA~500μA를 소비합니다.
운영 중 온도	표준 범위는 −40 °C ~ +85 °C입니다.
충격 생존	충격 공차 범위는 2000g ~ 10000g입니다.
출력 데이터 요금	데이터 속도 1Hz ~ 10kHz 범위
인터페이스 프로토콜	디지털 유형 I2C, SPI 또는 UART 지원
패키지 유형	공통 패키지에는 LGA, QFN 및 DIP가 포함됩니다.
크기	전형적인 센서 크기는 2mm × 2mm ~ 5mm × 5mm입니다.
교정	공장 감도 및 오프셋에 대해 보정됨
장착 유형	표면 실장 또는 구멍 장착을 통해
정확도	전반적으로 정확도는 일반적으로 ±1% ~ ±5%입니다.
드리프트	온도 드리프트는 °C당 0.01g 미만입니다.
응답 시간	응답 시간 1ms 미만입니다.
EMI 저항	다음과 같이 설계되었습니다. 산업 전자기 소음에 저항

센싱 기술 기반 가속도계의 종류

용량성 가속도계

그림 3. 용량성 가속도계

용량성 가속도계는 센서 구조 내에서 마이크로 스케일 검증 질량의 움직임으로 인한 용량 변화에 의존합니다.이들 설계로 인해 뛰어난 반복성으로 작은 가속도 변화도 정확하게 감지할 수 있습니다.이러한 가속도계는 기울기 및 방향과 같은 저주파 및 정적 측정에 매우 적합합니다.컴팩트한 크기와 낮은 전력 소비로 인해 내장형 및 휴대용 전자 시스템에 이상적입니다.

압전 가속도계

그림 4. 압전 가속도계

압전 가속도계는 가속으로 인한 기계적 응력을 받을 때 전기 신호를 생성합니다.신호 왜곡을 최소화하면서 빠른 동작과 고주파 진동을 캡처하는 데 특히 효과적입니다.작동 원리로 인해 일정하거나 매우 느리게 변하는 가속에는 반응하지 않습니다.이 센서는 진동 분석 및 동적 응답이 중요한 환경에서 널리 사용됩니다.

압저항 가속도계

그림 5. 압저항 가속도계

압저항 가속도계는 변형된 감지 요소의 저항 변화를 모니터링하여 가속도를 감지합니다.견고한 구조로 인해 강한 기계적 충격과 가혹한 작동 조건을 견딜 수 있습니다.다른 기술과 달리 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동할 수 있습니다.따라서 내구성과 내충격성이 필요한 까다로운 응용 분야에 적합합니다.

축 측정에 따른 가속도계 유형

단일 축 가속도계

그림 6. 단일 축 가속도계

단축 가속도계는 하나의 고정된 방향을 따라 가속도를 측정합니다.일반적으로 모션이 알려진 방향이나 선형 경로로 제한되는 경우에 사용됩니다.단순한 디자인 덕분에 비용 효율적이고 통합이 쉽습니다.이러한 센서는 방향 복잡성을 최소화하면서 간단한 모니터링 작업을 위해 선택되는 경우가 많습니다.

이중 축 가속도계

그림 7. 이중 축 가속도계

이중 축 가속도계는 동일한 평면 내에서 두 개의 수직 방향을 따라 가속도를 측정합니다.이 기능을 사용하면 기울기 및 평면 동작과 같은 결합된 움직임을 감지할 수 있습니다.상대적으로 간단한 신호 처리를 유지하면서 단일 축 센서보다 더 많은 공간 정보를 제공합니다.이중 축 설계는 2차원 모션 추적이 충분한 경우 일반적으로 사용됩니다.

3축(3축) 가속도계

그림 8. 3축(3축) 가속도계

3축 가속도계는 3개의 직교 축을 따라 동시에 가속도를 측정합니다.이를 통해 센서 방향에 관계없이 완전한 공간 모션 감지가 가능합니다.여러 개의 단일 축 센서가 필요하지 않아 시스템 설계가 단순화됩니다.3축 가속도계는 전체 동작 인식 및 방향 추적이 필요한 응용 분야에 사용됩니다.

출력 유형에 따른 가속도계 유형

아날로그 가속도계

아날로그 가속도계는 가속도에 따라 직접적으로 변하는 연속 전압 신호를 생성합니다.이 출력을 사용하면 최소한의 내부 처리로 모니터링이 가능합니다.그러나 신호 품질은 외부 전기 노이즈와 긴 케이블 길이에 의해 영향을 받을 수 있습니다.정밀 애플리케이션에서는 주의 깊은 신호 조절이 필요한 경우가 많습니다.

디지털 가속도계

디지털 가속도계는 표준화된 통신 프로토콜을 사용하여 디지털 형식으로 가속도 데이터를 제공합니다.이는 소음에 대한 민감성을 줄이고 장거리 데이터 전송을 단순화합니다.많은 디지털 가속도계에는 내부 필터링 및 교정 기능이 포함되어 있습니다.구조화된 출력 덕분에 디지털 제어 시스템과 직접 통합하는 데 매우 적합합니다.

가속도계의 응용

1. 가전제품

가속도계는 스마트폰과 웨어러블 기기에서 움직임과 장치 방향을 감지하는 데 사용됩니다.화면 회전, 걸음 수 계산 및 모션 기반 기능을 허용합니다.

2. 자동차 시스템

차량의 가속도계는 사고 발생 시 급격한 속도 변화를 감지합니다.에어백을 작동시키고 안정성 및 전복 제어와 같은 안전 시스템을 지원합니다.

3. 산업 모니터링

가속도계는 모터 및 펌프와 같은 기계의 진동을 측정합니다.이를 통해 문제를 조기에 발견하고 예상치 못한 기계 고장을 방지할 수 있습니다.

4. 의료 및 헬스케어 기기

가속도계는 피트니스 밴드와 의료용 웨어러블 기기의 신체 움직임을 추적합니다.또한 넘어짐 감지 및 환자 활동 모니터링에도 사용됩니다.

5. 항공우주 및 국방

가속도계는 항공기, 드론, 우주선이 움직임과 방향을 측정하는 데 도움이 됩니다.이는 항법 및 비행 제어 시스템에 중요합니다.

6. 로봇공학 및 자동화

로봇의 가속도계는 움직임, 기울기, 갑작스러운 충격을 감지합니다.이는 균형, 제어 및 안전한 작동을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

7. 구조 및 지진 모니터링

가속도계는 건물과 교량의 진동을 감지합니다.또한 지진 발생 시 지면의 움직임을 모니터링하는 데에도 사용됩니다.

가속도계 vs 자이로스코프 vs 경사계

사양	가속도계	자이로스코프	경사계
1차 측정	선형 가속도	각도 속도	기울기 각도
측정 수량 단위	미터당 두 번째 제곱	당 학위 둘째	학위
일반적인 측정 범위	마이너스 16~ 플러스 초당 16미터 제곱	250 ~ 2000 초당 학위	0~360 정도
정적 측정 능력	예	아니요	예
모션 유형이 감지되었습니다.	번역 그리고 진동	회전 및 스핀	성향 그리고 경사
감도 수준	낮음에서 높음 주파수	높은 곳에서 높은 곳 회전율	매우 높음 천천히 기울이기
출력 신호 유형	아날로그 또는 디지털	디지털	아날로그 또는 디지털
공통 샘플링 요금	100~5000 헤르츠	100~8000 헤르츠	10~200 헤르츠
일반적인 소음 밀도	50마이크로그램 루트 헤르츠당	0.01도 초당 루트 헤르츠당	0.001도
시간이 지남에 따라 드리프트	낮음	없이 높음 교정	매우 낮음
중력 참조 사용법	중력을 사용합니다 벡터	사용하지 않음 중력	중력을 사용합니다 벡터
전력 소비	10~300 마이크로와트	1부터 10까지 밀리와트	5~100 밀리와트
공통 폼 팩터	MEMS 칩	MEMS 칩	모듈 또는 센서 패키지
응용	모션 감지 및 진동 모니터링	오리엔테이션 추적 및 안정화	레벨링 및 기울기 모니터링

결론

가속도계는 검증 질량의 움직임을 통해 동작을 전기 신호로 변환하여 작동합니다.다양한 디자인과 감지 기술을 통해 다양한 조건에서 가속도를 정확하게 측정할 수 있습니다.측정 축 수와 출력 유형은 모션 데이터가 캡처되고 처리되는 방식에 영향을 미칩니다.유연성과 신뢰성으로 인해 가속도계는 가전제품, 산업 시스템, 차량, 의료 및 항공우주 응용 분야에 널리 사용됩니다.