加速度センサー 基本と原理

加速度センサーとは、構造体や物体の動きを把握するために必要な加速度を計測するセンサーです。 英語で加速度をaccelerationという事から、加速度センサーはAccelerometer sensor、または単純にAccelerometerと呼ばれています。

また、加速度の縦や横といった方向を考慮する事で、物体の動きだけでなく、姿勢の計測も可能です。 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。 この用途の例としては、「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。 より詳しい姿勢情報を得るために、ジャイロセンサーや磁気センサーなどによる向きの計測データと一緒に使われることが多いです。 この用途の例としては、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。

加速度（acceleration）とは、時間によって変化する速さ（velocity）の量の事です。 単位時間[s]当たりの速さ[m/s]の変化を表します。 速さ（速度）は距離（メートル、m）を時間（秒、s）で割った値なので、加速度は、速さをさらに時間で割った値です。 つまり、加速度は長さ（距離）を時間で2回割った値となり、単位は（m/as²）になります。

また、加速度の単位は[G]と表記することもあります。この場合、\( 1[G] = 9.806[m/s^2] \)という関係になり、この数値は万有引力定数により決まっている数値になります。

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。 おもりや物体の動きは検出素子のたわみや変形を検出することで、加速度を検出して電気的信号に変換します。

圧電型と呼ばれる加速度センサーの例をご紹介します。 図3.1を合わせてご覧ください。

可撓部かとうぶと読みます。図3.1内の青色の部分です。板ばねになっていて、片側が固定されているので、 加速度が生じる方向によって揺れが生じ、板にたわみが発生します。

可撓部のたわ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。図3.1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、可撓部の先端は固定部よりも遅れて動くため、たわみが発生します。 圧電素子はこのたわみにより力が加わるため、加速度の大きさに比例した電荷が発生させます。 あとは圧電素子から発生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。

これまで加速度センサーの原理や種類と特徴などのを説明してきました。 加速度センサーは、工場などの生産ライン、自動車、またスマートフォンやスマートウォッチなど実に様々なところで使用されています。 私たちマイクロストーン株式会社は、加速度センサーのメーカーでありますので、ここでは、特に弊社の加速度センサーが使用されている分野の事例を紹介します。