标签: 加速度传感器

初始情况 为了确定空手道运动中的最大重力，作者使用GoPro Hero Black 10和带有加速度传感器的 MSR165加速度数据记录仪 。使用数据记录仪可以确定高达 ±200g 的加速度。在 16-100g 测量范围内的精度为 ±5g ，测量分辨率可高达 1.6 kHz 。 GoPro用作加速度的参考测量。 http://Viana.net 框架用于分析视频并确定加速度。使用误差计算检查参考测量的准确性。对每个测试人员进行多次测量和录像。对腿进行一次测量，对手臂进行多次测量。大多数测量都是用GoPro拍摄和评估的。 测试程序 MSR165加速度数据记录仪 配备多个传感器。对于以下测量，仅使用最大为±200g的加速度传感器。为了记录加速度值，使用了内置在MSR165外壳中的ADXL372 MEMS加速度传感器。所用传感器的测量值通过电容器进行测量，电容器的电容值与加速度成比例变化。为了优化使用加速度传感器，必须首先设置所用测量设置的参数，以便在短测量时间内生成尽可能多的测量点，以1.6 Khz的最高分辨率进行测量。要执行单独的测量，可以通过按钮启动或停止测量。测量值存储在带有时间戳的传感器中。 在测量中，每个冲程执行四次。可以看出，对于所有的空手道运动员来说，最高的加速度都发生在腿部运动期间。如果我们查看各个测量的开始和结束顺序，我们可以看到最大重力出现在相应运动的制动期间。这是由于冲击结束时人体受到的限制。应该注意的是，由于坐标系的原因，某些运动的测量值必须被视为是反向的。测得的最大加速度为：腿： ≅ 42g (Mae Geri，This) ± 5g 胳膊：≅ 35g (Haraiotchi Uke,Markus) ± 5g。 即使对于高加速度的运动，测量数据的分辨率或测量速度也会产生可理解的过程。通过多次测量确认最大值。运动持续时间为0.5秒，运动会保存800个测量数据。 为了验证加速度传感器的值，通过视频分析进行参考测量。为了比较加速度数据记录仪和视频分析的测量值，两个测量值的坐标系必须相等或可观察（参见研究）。 结论 借助MSR165数据记录仪和通过视频分析的参考测量，可以确定最大重力。空手道运动中发生的最大加速度在40-50g范围内。视频分析的加速度值必须考虑到由于可能的错误和处理方法而造成的信息损失。 因此，通过视频分析确定最大值只能在有限的范围内进行。然而，加速过程作为时间函数是可以识别的。加速度传感器的数据生成清晰的曲线图，以便进行分析。分辨率为1.6 kHz时，为0.5 s的运动生成800个数据点，从而通过多次测量确认测量的最大值。只有±5g的精度才能使比较变得困难。 为了进行准确比较，有必要仔细地研究准确性及其影响。为了进一步评估MSR165传感器的数据并将其与身体部位加速度的真实过程进行比较，必须更仔细地考虑传感器在皮肤上的运动及其对测量的影响。

在运输过程中，货运会受到各种各样的外部影响，这可能导致货物损坏。宏集MSR微型数据记录仪可提供运输过程中货物运输条件的无缝信息。这些小型测量仪器记录的数据不仅可以确定可能造成损坏的原因，还可以提供结果，从而有助于改进货物本身的设计。 案例背景 一架价值150万法郎的磨床经过一次越洋飞行后到达了最终目的地。一开始Attikon（CH）仔细包装了这件贵重货物的杉木运输箱，且似乎没有损坏。然而，当打开壳体时，很明显机器本身已严重损坏。这很可能是由于机械冲击导致运输锁上的螺丝松动，从而导致机器的可移动部分破裂并分离。专业包装公司WegmüllerAG，Attikon的常务董事MarcWegmüller说：“我们认为叉车或起重机将箱子放得太快。” 实际造成损坏的地点和方式仍不清楚，因为磨床没有安装MSR Electronics的数据记录仪，该记录仪可以迅速回答造成损坏的方式之谜。 预防 胜于补救 为了减轻业务伙伴的这种压力，并使运输条件更加透明，包装服务提供商Wegmüller AG现在使用上了MSR165数据记录仪 。这些微小的“多才多艺”的数据记录仪每秒可进行1600次冲击测量，其气压和湿度传感器以及温度测量值，可以检测到每一个计划外的事件。当打开包装时，通过灵敏的光传感器也可以无缝精确地推断出来。 MSR165记录了每一个小的变化以及发生的确切时间 。与运输商合作，通常可以快速查明原因。这样就可以将损失的费用或至少是正确的分摊费用直接转嫁给责任方。 海外运输中的测试 ：MSR165随同Soudronic AG参与运输 WegmüllerAG与其测试客户——全球金属包装行业领先的工厂和机械制造商Soudronic AG合作时，获得了一些有趣的发现。Soudronic AG位于Bergdietikon的总部将其机器包装在Attikon出口包装公司生产的标准配置木箱中运送出去。公路运输、海运和空运都会给产品及其包装带来沉重的压力。因此，Soudronic在运往美国的货物中试用了宏集MSR165数据记录仪。 为了监视货物的总体情况并分析货物在旅途中所承受的应力，MSR165数据记录仪记录了三轴加速度（冲击，振动），温度，气压和相对湿度， 为测量数据的评估提供了有价值的数据，这些数据现在被用于机器设计和包装设计之中。 小仪器，高性能 “我们现在已经在跌落测试和监控长途运输中全面测试了新的数据记录仪，我们感到非常高兴。令人惊讶的是，尽管是“瑞士制造”， MSR165的价格仅为传统运输监控系统价格的三分之一左右 。” Wegmüller说，“我们目前正在使用其中的三种设备，我们还会根据要求将其出租给我们的客户。” Wegmüller继续说道。记录仪被固定在包装上，或者甚至更好的固定在设备本身上，在运输过程中伴随着货物。途中，记录仪将记录客户定义的测量参数，将其保存以进行后续的监视，然后像运输日志一样进行评估。这样的评估不仅对客户有很大的好处，保险公司也将从使用这种测量设备中受益。“在需要索赔的情况下，保险公司可以迅速生成一张有关运输状况的图片。” 数据记录仪提供的测量数据将带来大量信息，这对于调查索赔的情况具有重要意义。

案例概况 客户： Muller Martini AG,印刷加工行业专家 应用产品 ：HK-MSR165加速度数据记录仪 应用场景： 在开发新型马鞍订书机的过程中，发现传感器出现了故障，使用HK-MSR165确定了故障原因 01 应用背景 用于新型马鞍装订机三刀式修剪器的边缘传感器在客户测试中出现故障。分析发现， 传感器元件发生机械损坏，可能由振动引起 。由于机器的动态运动，这一问题可能有多种原因，因此 需要记录传感器的振动情况，尽可能准确地找出干扰源 ，以便得出正确结论，并快速验证所采取措施的有效性。 经过搜索比较和与技术顾问的交流，该全球性企业 确定HK-MSR165系列微型数据记录仪是适用的测量设备 。 02 故障诊断：HK-MSR165数据记录仪 HK-MSR165数据记录仪用于监测冲击和振动，每秒可执行1600次测量， 续航长达五年 。其核心部件是高分辨率3轴数字加速度计， 适用于振动测量和冲击监测，例如运输监测、故障诊断和负载测试 。 图1 HK-MSR微型加速度数据记录仪 HK-MSR165可监测最大±15 g或±200 g的冲击，并在事件发生前记录32个测量值。 其存储容量超过200万个数据点 ，足够记录1万多次冲击；通过microSD卡，容量可扩展至10亿个数据点（1千万次冲击）。所有数据可通过USB或microSD卡快速传输至电脑。HK-MSR165配有PC配置和数据分析软件，以及MSR ShockViewer软件， 提供强大的数据评估和图形分析功能 ，可自动生成报告。 03 测量和检测结果 使用双面胶带将数据记录仪固定在新机器的故障传感器上，运行过程中，x轴加速度高达218 g（图2）；而在旧机器上对比测量时，加速度仅为35 g（图3），这解释了新机器上传感器损坏的原因。 图2 新机器加速度测量结果 图3 旧机器加速度测量结果 通过关闭各个子系统，很快确定了巨大的加速度由气动止动器引起。对此止动器进行了更详细的分析，发现阀门和止动器之间的软管长度有所不同。 当使用与旧机器相同长度的软管后，加速度恢复至合理水平。同时，传感器制造商针对仍较高的加速度对传感器进行了优化，此后再未出现传感器故障。 案例总结 如果没有能够监测冲击和振动的HK-MSR165数据记录仪，则很难在一个工作日内找到新机器上传感器故障的原因。由此可以看出， HK-MSR165是在机器部件受到冲击、振动和加速等机械故障时进行故障诊断的高效、省时工具 。

数据记录仪会记录运输过程中的各种环境状况，并将其用于分析。诸如温度和湿度之类的气候数据的分析并不困难，但在评估和分析冲击，撞击或振动时，情况就不同了，这些冲击、撞击或振动有时会对运输中的敏感货物产生破坏性的后果。我们将更详细地解释 如何分析和评估这些带有破坏性的加速度，并以宏集ASPION冲击传感器为例进行说明 。 运输过程中的机械动力载荷 每个要运输的物品都不断承受机械动力负荷。这些负载是由运输方式（例如卡车，轮船或飞机）和包装的运动引起的。动载荷指的是重力加速度的x倍。重力加速度是一个数学常数，由公式9.81（〜10）m /s 2= 1 g得出。根据所使用的运输方式，各种各样的g力会作用在货物上，这些力导致运输货物的打滑，包裹的变形或货船上整个集装箱的撕裂。 该图概述了不同运输方式以及集装箱运输中的转运过程中的主要动态载荷（单位为g） 冲击评估：哪些信息必不可少？ 如何评估运输货物上的冲击，撞击或振动？一方面， 加速度的高低， 另一方面， 冲击的持续时间是决定性的 。一辆卡车以50公里/小时（约14米/秒）的速度行驶，与一堵坚硬的墙相撞。由于撞击，卡车在100毫秒内停了下来，这相当于140米/秒²的（负）加速度或14克。作为事件触发记录的撞击记录器设置的一个例子，根据DIN *，例如，对于坑洞，规定持续时间为5毫秒的10g，对于调车撞击，规定持续时间为20毫秒的10g。 数据记录仪：分析运输过程中的影响，冲击和振动 用加速度数据记录器记录的冲击/撞击通常以矢量和的形式显示 在三个轴 的表达式中 ，并带有方向指示 。以下是两个冲击-由宏集ASPION数据记录器记录-具有以下值： 如果用轴的矢量和和g值评估加速度，则震荡2似乎比震荡1低。但是，这种考虑仍然忽略了最重要的组成部分：与作用在物体上的震荡持续时间有关。在卡车的示例中，直到卡车停下来为止用了100毫秒。有了冲击的细节，可能产生的影响现在变得非常具体。 以毫秒为单位的冲击曲线提供了更详细的信息 如果 以毫秒为单位分别分析 每个冲击（使用用于操作冲击传感器的宏集 ASPION G-Log Manager PC软件显示） ，冲击的持续时间是以毫秒为单位显示的，而轴上最大加速度水平的信息正好记录在一个时间点上（红线）。 冲击1 的持续时间很短：z轴和y轴的加速度会在不到10毫秒的持续时间内影响所运输的货物。例如，在放下一个货物时。在这种情况下，预计不会造成严重损坏。 冲击2 表示冲击持续一整段时间：在z轴上的加速度 约为16 g，持续时间约为60 ms ，而x轴和y轴的值较小。这样的曲线行径几乎可以肯定会对所运输的 货物造成损坏 。 数据记录器细节分析：检测振动等 在曲线上可以清楚地看到可能的损坏迹象。但是，还可以从数据记录器分析中的冲击详细信息中立即识别出 振动如空运过程中的典型气孔 。 振动会在一个方向上持续不断地持续不断地加速加速度，持续时间很短： 例如，在表面上推动或拉动时的典型过程 。如果振动持续的时间更长，它们会记录在几次冲击中。如果 在轨道运输过程中发生 极其长时间的或 连续不断的振动 ，螺钉可能会松动或发生不必要的磨损。 冲击细节对于航空货运也很重要：指向地球重力方向的轴表示持续的冲击载荷通常在4至6 g之间。这是 湍流中气孔 的 典型征兆 。当然，这是否对运输的货物有害，一方面取决于包装，另一方面取决于所运输货物的敏感性。持续几分钟的湍流被记录在几个连续的冲击中。作用在一个轴上的相当低的加速度很快就能被理解。 宏集ASPION数据记录器的重要冲击细节 为了能够详细分析最重要的运输事件，所有ASPION数据记录仪都有一个 单独的存储区来存储冲击细节。 一种智能算法可确保在整个运输过程中，可以对第一级冲击和其他八种最高冲击进行详细分析。所有进一步的冲击或振动都被数据记录器可靠地记录在环形存储器中，并在所有三个轴上记录其各自的高度和方向。此外，进一步的数据，如简单的位置可视化或记录的气候值，提供额外的有用的可用信息。

数字产品不断推进演化，如今有许多产品主要靠内部安装的传感器来运作，而传感器所涵盖的应用范围从手机、平板、智能手表到VR眼镜、无人机、车用辅助系统、工业4.0 应用的智能机器设备……等，散布在不同的应用领域中，让产品越来越智能。 你真的认识加速度传感器吗？ 所谓加速传感器主要是用来抓取物体运动的相关数值信息，或是测量物体姿态的一种电子组件，也称为惯性传感器，由下列两种组件所组成： 加速度计（Accelerometer） 陀螺仪（Gyroscope） 加速度传感器通常是测量加速度的组件，除了运动加速度外，也包括地球所产生的重力加速度。当传感器自由落体时，运动加速度与重力加速度刚好抵销，输出变成 0，通常会以 g 或是 m/s^2 来做单位表示。 常见的加速度传感器应用例如：智能型装置、跑步时用的计步器APP或运动手表、电玩的遥控手把；而在车用方面会利用加速度传感器以检测、判断汽车在行驶中速度是否稳定与偏离移位，另外包含安全空气囊系统、惯性导航、紧急呼叫系统、碰撞识别与记录系统和行车纪录器，或是脚踏车的智能型煞车灯等，都是大众熟悉的使用场景。 为什么需要加速度传感器测试? 加速度传感器的常见问题，会造成相关产品使用上的困扰，若未能及早预防，就有可能造成使用体验不佳，对品牌形象大打折扣，以下是整理出的五大风险： 运动监测数值差异大： 计步器或其他运动监测功能不准确，影响消费者对于自己运动状况的判断 游戏画面延迟多： 玩家使用VR眼镜进行游戏时，因延迟问题影响游戏体验，造成困扰。 健康监测功能准确率低： 健康相关监测功能数值不准确，或是传递错误的健康讯息，严重可能造成穿戴者因此误判状况导致健康危害。 行车纪录器影像完整性： 碰撞侦测触发无法触发，无法能忠实还原事发现场的状况影像，造成事故画面被覆盖。 脚踏车智慧煞车灯未启用警示： 煞车时未能触发紧急灯光，导致无法对后方来车辆发出警示，造成追撞事件。 进行加速度传感器测试，不仅提升加速度传感器稳定性及可靠性，确保产品功能无虞，也增加使用者对于加速度传感器稳定度与精确度的信任。