1. 加速度センサーとは?
加速度センサーは加速度を計測することで、動きや姿勢を計測するために使われています。
動きを計測する場合、物体の動き・運動の変化をとらえることで、動きを数値化します。
動きを計測する用途の例としては、機械の振動状態の把握、車の車体の動きを把握して車体制御の情報とする、あるいは物体の落下衝撃の把握といった用途で使われます。
姿勢を計測する場合、重力を計測することで地面の方向を検知して、姿勢角度(傾き)を把握するのに活用します。
姿勢の計測であれば、ジャイロセンサーや磁気センサーなどが一緒に使われることが多くあります。
姿勢を計測する用途の例としては、スマートフォンの画面向きの検出や、人の動きの研究といった用途で使われます。
2. 加速度とは?
加速度は、単位時間[s]当たりの速さ[m/s]の変化を表します。
速さは、単位時間[s]当たりの速さ[m]の変化を表します。
よって加速度の単位は、長さ(距離)を時間で2回割ったものとなっています。
加速度の単位は[G]と表記することもあります。
2つの単位の関係性は下記の通りです。
この数値は万有引力定数により決まっている数値です。
3. 加速度センサーの原理
加速度センサーは、おもりや物体が動くことを何らかの素子で検出することで、電気的信号に変換する仕組みになっています。
例えば図のタイプの加速度センサーであれば、センサー外部からの振動や衝撃が加わった時に、可撓部が動きます。
すると、加速度に比例して可撓部が図のようにたわみ、変形します。
検出素子によってたわみや変形の大きさを検出することで、加速度を検出して電気的信号に変換します。
図は圧電型と呼ばれる加速度センサーの例です。
可撓部に最もひずみが発生する部分にひずみの大きさを検出するため、「圧電素子」と呼ばれる検出素子を配置します。
(この図の場合、可撓部の固定部付け根付近です。)
加速度が発生すると、検出素子部分にひずみが発生し、加速度の大きさに比例した電荷が発生します。
この「検出素子に発生するひずみに比例した電荷」を電圧に変換して検出することで、加速度の大きさに比例した出力をを検出することができます。
4. 加速度センサーの種類
加速度センサーと一口に申しましても、様々な原理を利用したものがあります。
それぞれメリット・デメリットがあります。
特に、電子デバイスで多く採用されているのが、
- 圧電型
- 静電容量型
- ピエゾ抵抗型
当社製品 : MA3シリーズ
当社製品 : MVP-RF8シリーズ, MVP-RF8Wシリーズ, MVP-RF6Lシリーズ
となります。
小型の電子デバイスとして多く採用されている３つの種類の加速度センサーの比較表です。
加速度センサーの比較表
| 種類 | 圧電型 | ピエゾ抵抗型 | 静電容量型 | |
|---|---|---|---|---|
| サイズ | 〇 | ◎ | 〇 | |
| 価格 | 〇 | ◎ | 〇 | |
| 精度 | △ | △ | 〇 | |
| 検出周波数 | DC～低周波 | × | 〇 | 〇 |
| 高周波 | ◎ | △ | △ | |
| 加速度レンジ | 高 | 低 | 低 | |
| 主な用途 | 衝撃検出(自動車エアバック, 衝突評価) | 携帯機器向け | 衝撃検出(自動車車体制御向け) | |
| 種類 | ||
|---|---|---|
| 圧電型 | ピエゾ抵抗型 | 静電容量型 |
| サイズ | ||
| 〇 | ◎ | 〇 |
| 価格 | ||
| 〇 | ◎ | 〇 |
| 精度 | ||
| △ | △ | 〇 |
| 検出周波数 | ||
| DC～低周波 | ||
| × | 〇 | 〇 |
| 高周波 | ||
| ◎ | △ | △ |
| 加速度レンジ | ||
| 高 | 低 | 低 |
| 主な用途 | ||
| 衝撃検出(自動車エアバック, 衝突評価) | 携帯機器向け | 自動車車体制御向け |
「圧電型」は、特に検出周波数が高い用途、特に高速で回転するモーターや、ベアリングなど、設備の振動の計測などに向いております。
姿勢変化などによる、重力加速度成分を検出しないのが「圧電型」の特徴です。
運動加速度成分のみ検出したい場合に信号処理が簡易にでき、向いております。
逆に、DC成分(=周波数0の加速度成分。重力加速度が代表例)の検出は原理的にできません。
「静電容量型」は、三次元の動作をする人体や、ロボット、自動車などの車両の姿勢の動作解析などに多く用いられております。
「静電容量型」であれば、DC成分（＝周波数0の加速度成分。重力加速度が代表例）の検出が可能です。
特に低い加速度、低い周波数の加速度を精度よく検出するのに向いております。
「ピエゾ抵抗型」は半導体技術を用い、検出構成が簡素にできます。
特に小型化に向いており、携帯機器への内蔵向けなどに向いております。
5. 加速度センサーの使用例
工場機械の計測使用例
工場機械では下記のような設備の計測に加速度センサーを使用していただくことが多いです。
- 溶接用の産業ロボット
- モーター・減速機
- 切削加工設備
- 搬送用の産業ロボット
- ダイカスト装置
- プレス装置
設備の監視では下記のような目的のために設備の計測を活用いただいています。
- 設備の動作から経年劣化や摩耗を確認して不良をなくすため
- 振動に弱い製品の搬送時の監視をして品質を保証するため
人の計測使用例
加速度センサーで人を計測する際の例の使用例の一部をご紹介します。
- 人の歩き方の解析
- 手術後の動作の改善経過のチェック
- スポーツの動きの解析
