加速度センサの基本と原理

3軸加速度センサは加速度の測定を目的とした慣性センサの1つで、3次元の慣性運動(直行3軸方向の並進運動)を検出する装置です。そのため、ビルや橋梁などの建造物の傾斜や地震時の傾きを計測することにもよく用いられます。当ページでは、加速度センサの基本と原理について解説します。

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加速度とは?

加速度とは、単位時間当たりの速度の変化率を示します。物体の速度が変化するときには加速度がかかります。
例えば、時速40Km/hへ5秒で到達する場合と1秒で到達する場合では加速度が異なります。

加速度センサで分かること

加速度センサは、重力、動き、振動、衝撃を測定する事が可能です。それぞれを応用する事により以下のような現象も測定する事が可能になります。

【加速度センサでわかること】

  • 傾き(重力方向検出)
  • 平行移動(動き・振動・衝撃・落下)
  • 速度(1階積分)
  • 変位(2階積分)

加速度センサの種類

最も一般的な計測原理は、バネと重りが一体化した物に加速度が加わったときの位置変化を捉え外部からの力により取り付けた重りが移動することでその位置変化を測定します。変位の計測には周波数の変化や静電容量の変化、ピエゾ効果による電気抵抗の変化、などを使用した製品が販売されています。

周波数変化式加速度センサの特長

周波数変化式加速度センサの中でも、低ノイズ・高安定性をもつ水晶加速度センサについて紹介します。

水晶加速度センサの加速度検出原理

Q値の高い単結晶水晶をばねとし共振周波数で振動させ周波数変化を検出します。この方式は、弦楽器の弦の周波数が張力で変化するのと同じ原理を用いています。

水晶加速度センサの利点

  • 低ノイズ・高分解能・デジタル出力
    0.06uG/LSBの王分解能な3軸加速度データをデジタルで出力します。微小変位角・長周期振動・変位量を求めることが可能となり、構造ヘルスモニタリング・地震・環境振動計測等の高精度なデータを必要とするアプリに最適なデバイスです。
  • 高安定性能
    高安定な水晶材料に微細加工技術を用いて開発した水晶加速度素子を搭載し、加速度/傾斜角/傾斜角速度の高安定な計測が可能です。わずかな変化をとらえる必要のある大型構造物の劣化・損傷などの解析・診断などに最適なセンサです。

水晶加速度センサにおいて、低ノイズ、高分解能、防水防塵性能など豊富な製品ラインナップを持つセイコーエプソン社の製品について解説しています。

水晶加速度センサの代表アプリケーション例

  • ビルモニタリング
    (地震・長周期振動・ビル固有周期・微小変位・傾斜計測)

  • 橋梁の交通量・地震の常時モニタリング

  • 使用例:スマートファクトリー(微振動検出)
    A352を使用し実際に微振動による問題を解決したケースの動画になります。


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