加速度計 VS ジャイロスコープ – 2 つのセンサーを区別する方法

モーションセンサーは、動きを検出して測定するため、嵐のようなテクノロジーの世界では非常に重要です。センサーには、微小電気機械システム (MEMS) を介して動作する加速度計とジャイロスコープが含まれます。

良いニュースは、市場にたくさんのセンサーがあることです。ただし、最適なデバイスを決定するのは難しい場合があるため、今日は加速度計と VS ジャイロスコープの違いについて説明します。

ジャイロスコープ

(ジャイロスコープ)

定義

ジャイロスコープ センサーは、地球の重力を利用して方向や回転の変化を判断するコンパクトなデバイスです。その場合、その主要な原理は角運動量の保存です。

一部のジャイロスコープには、MEMS、電子および機械式ジャイロスコープなどが含まれます。

動作原理

ジャイロスコープの構造は、ローター、ジンバル (ローターを囲む 3 つのリング)、ジャイロスコープ フレーム、およびスピン軸で構成されます。

ジャイロスコープのパーツ

通常、ジャイロスコープは、スピン軸を回転させることで重力に逆らうことを可能にする歳差運動効果を介して動作します。言い換えれば、重力によって倒れるのではなく、瞬時に横向きに調整されます。

アプリケーション

• ジャイロスコープのアプリケーションには次のものがあります。
• ハイエンドおよびミッドレンジの Android スマートフォンなどの MEMS ジャイロスコープによる消費電子
• 慣性測定ユニット (IMU) による慣性誘導システム
• 船舶、オートバイ、車両の安定性
• 宇宙ステーション、

(軌道宇宙ステーション)

• 航空機。

加速度計

定義

加速度計は、非重力加速度を検出および測定する電気機械デバイスです。つまり、時間への動きによってもたらされる振動に反応します。

PCB 加速度計

さらに、それらは通常、方向を決定し、振動、速度、または位置を検出します。

動作原理

加速度計には、静電容量の変化と圧電効果という 2 つの異なる動作原理があります。

静電容量の変化

最初の方法は、数式を使用して加速度を見つけます。つまり、力＝質量×加速度です。したがって、加速度はオブジェクトの現在の力/質量になります。

作業手順

• まず、容量プレートが 2 つあります。
• 次に、物体の質量が容量性プレートの 1 つを圧迫し、静電容量が変化します。このようにして、力も測定します。
• 最後に、既知の質量と力の値を使用して加速度を測定します。

圧電効果

歩数

• 加速度計には振動があると電圧が発生します。これは、押すと電圧を発生する微細な結晶構造が含まれているためです。
• 第二に、生成された電圧は、現在の加速度の量を読み取ります。

アプリケーション

• 加速度計のアプリケーションは次のとおりです。
• Kinect、Wii などのモーション センサーを必要とするアプリケーションやゲーム
• フィットネス ウェアラブルまたはトラッカー

(ウェアラブル ワイヤレス ボディ エリア ネットワーク)

• 人工身体部分などの医療機器
• 落下感知
• 地震検知、
• スマートフォンが横向きモードか縦向きモードかを検出する iPhone のような傾き検知
• 軸ベースのセンシング (Android、iPhone など) を介したモバイル デバイスの地図/コンパス アプリケーション

ジャイロスコープと加速度計の違い

以下の比較表は、加速度計とジャイロスコープの違いを示しています。

加速度計とジャイロスコープの選び方

加速度計またはジャイロスコープを選択する場合、購入前に考慮する必要のある基準がいくつかあります。さらに、多くの場合、選択は当面のプロジェクトとその要件によって異なります。

ここで、必要なさまざまな要因を見てみましょう。

加速度計

要因には以下が含まれます;

• 範囲

高精度の加速度を測定したい場合は、範囲の広い、できれば 2G 以上の加速度計を選択してください。測定された最大加速度は、約 5000G です。

• インターフェース

アナログ回路とデジタル回路を介して加速度計を接続することはできますが、デジタル インターフェイスを使用するものに落ち着くのが最善です。インターフェイスの例としては、I2C や SPI などのシリアル インターフェイス、PWM インターフェイス、またはアナログ デジタル コンバータ インターフェイスがあります。また、Raspberry Pi や Arduino などのボードとのインターフェースも可能です。

• 測定された軸の数。

2 種類の加速度計には、3 つまたは 2 つの軸が含まれます。

三軸加速度計

最近では、小型の 3 軸加速度計のように見える 1 軸加速度計に焦点が移っています。ミニ 3 軸加速度計は、高精度で加速度を測定しますが、少数のデバイスでしか動作しないため、理想的です。それにもかかわらず、手頃な価格です。

• 消費電力

次に、集積回路基板のサイズと加速度センサーの質量を考慮します。これらは、消費電力とパフォーマンスの感度に影響を与えるためです。また、推奨される消費電流は、μA 範囲の約 100 秒です。

さらに、デバイスが非アクティブなときにエネルギーを節約するのに役立つため、スリープ機能を備えたデジタル加速度計を見つけることができます.

• ボーナス機能

新しい加速度計モデルには、タップ感知、0-g 検出、スリープ制御、選択可能な測定範囲などのボーナス機能があります。

• 感度

感度とは、加速度の変化に応じて加速度計が測定できる垂直方向の力の量を指します。残念なことに、加速度計を一貫して加速すると、出力の感度が低いため、測定が不正確になります。

• 費用

最後に、常に予算を調べてください。たとえば、低コストで加速度を測定する必要がある場合は、加速度計ではなく、傾斜/リヒター スイッチを選択します。

加速度計 VS ジャイロスコープ： ジャイロスコープ

要因には以下が含まれます;

• 範囲

まず、ジャイロスコープの最大範囲を、測定する必要がある最大角速度よりも低く保ちます。一方で、精度と感度を高めるために、ジャイロスコープの範囲を期待値よりもわずかに高く保ちます。

• デジタル対アナログ (インターフェース)

ほとんどすべてのジャイロスコープはアナログ出力インターフェイスを備えていますが、まれに、I2C や SPI などのデジタル インターフェイスを備えたものもあります。アナログ出力インターフェイスは、MCU と簡単に統合できます。

• 測定された軸の数。

3 軸ジャイロスコープ

最近は 3 軸ジャイロ スコープが台頭し始めており、市場で入手可能なジャイロは 2 軸または 1 軸です。選択時に、測定要件に合ったジャイロスコープを選択してください。たとえば、一部の 2 軸デバイスはロールとピッチを測定することが多く、残りはヨーとピッチを測定できます。

• 消費電力

バッテリー駆動のプロジェクトに取り組んでいる場合、ジャイロの選択は消費電力の観点から考慮する必要があります.標準消費電流は数百の µA 範囲です。

また、ジャイロが不要なときにエネルギーを節約するためのスリープ機能を備えているかどうかも確認してください。

• ボーナス機能

ほとんどのジャイロには、ドリフトの補償に役立つ温度出力の追加機能があります。

• 費用

ジャイロスコープのコストは、他の要因を上書きしません。したがって、安価なものに落ち着くことができます。

結論

このトピックの最後までお付き合いいただきありがとうございます。加速度計やジャイロスコープについて十分な情報に基づいた選択をしていただけることを願っています。ただし、明確な説明が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。