مقياس التسارع

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

مقياس التسارع هو جهاز يقيس التسارع الصحيح لجسم ما. [1] التسارع الصحيح هو تسارع ( معدل تغير السرعة ) الجسم بالنسبة لمراقب في حالة سقوط حر (أي بالنسبة لإطار مرجعي بالقصور الذاتي ). [2] يختلف التسارع الصحيح عن تسارع الإحداثيات، وهو التسارع بالنسبة لنظام إحداثيات معين، والذي قد يتسارع أو لا يتسارع. على سبيل المثال ، سيقيس مقياس التسارع الساكن على سطح الأرض تسارعًا بسبب جاذبية الأرض بشكل مستقيم إلى الأعلى [3] يبلغ حوالي g ≈ 9.81 م/ث 2. وعلى النقيض من ذلك، سيقيس مقياس التسارع الموجود في حالة سقوط حر تسارعًا صفريًا.

تُستخدم مقاييس التسارع في العديد من المجالات الصناعية، والمنتجات الاستهلاكية، والعلوم. وتُستخدم مقاييس التسارع شديدة الحساسية في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي للطائرات والصواريخ. وفي المركبات الجوية غير المأهولة ، تساعد مقاييس التسارع في تثبيت الطيران. وتُستخدم مقاييس التسارع ذات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف الذكية والكاميرات وأجهزة التحكم في ألعاب الفيديو للكشف عن حركة واتجاه هذه الأجهزة. وتتم مراقبة الاهتزازات في الآلات الصناعية بواسطة مقاييس التسارع. وتُستخدم مقاييس الزلازل في مراقبة حركة الأرض مثل الزلازل.

مقياس التسارع

عندما يتم تنسيق مقياسين أو أكثر للتسارع مع بعضهما البعض، فيمكنهما قياس الاختلافات في التسارع المناسب، وخاصة الجاذبية، على مسافة انفصالهما في الفضاء - أي تدرج مجال الجاذبية . يعد قياس تدرج الجاذبية مفيدًا لأن الجاذبية المطلقة هي تأثير ضعيف وتعتمد على الكثافة المحلية للأرض، والتي تتغير تمامًا.

يقيس مقياس التسارع أحادي المحور التسارع على طول محور محدد. ويكتشف مقياس التسارع متعدد المحاور كلًا من مقدار واتجاه التسارع الصحيح، ككمية متجهة ، وعادةً ما يتم تنفيذه على هيئة عدة مقاييس تسارع أحادية المحور موجهة على طول محاور مختلفة.

المبادئ الفيزيائية

يقيس مقياس التسارع التسارع الصحيح ، وهو التسارع الذي يختبره الجسم نسبة إلى السقوط الحر وهو التسارع الذي يشعر به الأشخاص والأشياء. [2] وبعبارة أخرى، في أي نقطة في الزمكان، يضمن مبدأ التكافؤ وجود إطار محلي بالقصور الذاتي ، ويقيس مقياس التسارع التسارع نسبة إلى هذا الإطار. [4] يشار إلى مثل هذه التسارعات بشكل شائع بقوة الجاذبية ؛ أي بالمقارنة مع الجاذبية القياسية .

سيشير مقياس التسارع الساكن بالنسبة لسطح الأرض إلى ما يقرب من 1 جرام لأعلى لأن سطح الأرض يمارس قوة عمودية لأعلى بالنسبة للإطار القصوري المحلي (إطار الجسم الساقط بحرية بالقرب من السطح). للحصول على التسارع بسبب الحركة بالنسبة للأرض، يجب طرح "إزاحة الجاذبية" هذه وإجراء تصحيحات للتأثيرات الناجمة عن دوران الأرض بالنسبة للإطار القصوري.

السبب وراء ظهور الإزاحة الجاذبية هو مبدأ تكافؤ أينشتاين ، [5] الذي ينص على أن تأثيرات الجاذبية على الجسم لا يمكن تمييزها عن التسارع. عند تثبيته في مجال جاذبية عن طريق، على سبيل المثال، تطبيق قوة رد فعل أرضية أو دفع تصاعدي مكافئ، فإن الإطار المرجعي لمقياس التسارع (غلافه الخاص) يتسارع لأعلى بالنسبة لإطار مرجعي للسقوط الحر. لا يمكن تمييز تأثيرات هذا التسارع عن أي تسارع آخر يختبره الجهاز بحيث لا يستطيع مقياس التسارع اكتشاف الفرق بين الجلوس في صاروخ على منصة الإطلاق، والوجود في نفس الصاروخ في الفضاء السحيق بينما يستخدم محركاته للتسارع بسرعة 1 جي. لأسباب مماثلة، سيقرأ مقياس التسارع صفرًا أثناء أي نوع من السقوط الحر . يتضمن هذا الاستخدام في مركبة فضائية ساحلية في الفضاء السحيق بعيدًا عن أي كتلة، أو مركبة فضائية تدور حول الأرض، أو طائرة في قوس "صفري الجاذبية" مكافئ، أو أي سقوط حر في الفراغ. ومثال آخر على ذلك هو السقوط الحر على ارتفاع عالٍ بدرجة كافية بحيث يمكن إهمال التأثيرات الجوية.

ومع ذلك، لا يشمل هذا السقوط (غير الحر) الذي تنتج فيه مقاومة الهواء قوى سحب تقلل من التسارع حتى يتم الوصول إلى سرعة نهائية ثابتة . عند السرعة النهائية، سيشير مقياس التسارع إلى تسارع 1 جي لأعلى. لنفس السبب، لا يشعر المظلي ، عند الوصول إلى السرعة النهائية، وكأنه في "سقوط حر"، بل يشعر بشعور مماثل لكونه مدعومًا (عند 1 جي) على "سرير" من الهواء الصاعد.

يتم قياس التسارع بوحدة النظام الدولي للوحدات متر في الثانية في الثانية (م/ث 2 )، أو بوحدة جرام في ثانية (جالون)، أو بشكل عام من حيث الجاذبية القياسية ( جم ).

من أجل تحقيق الغرض العملي المتمثل في إيجاد تسارع الأجسام بالنسبة للأرض، مثل الاستخدام في نظام الملاحة بالقصور الذاتي ، يلزم معرفة الجاذبية المحلية. ويمكن الحصول على ذلك إما عن طريق معايرة الجهاز في وضع السكون، [6] أو من نموذج معروف للجاذبية في الموضع الحالي التقريبي.

بناء

مقياس التسارع الميكانيكي الأساسي عبارة عن كتلة مقاومة للتخميد على زنبرك . عندما يتعرض مقياس التسارع لتسارع، يتسبب قانون نيوتن الثالث في تعديل ضغط الزنبرك لممارسة قوة مكافئة على الكتلة لمقاومة التسارع. نظرًا لأن قوة الزنبرك تتناسب خطيًا مع مقدار الضغط (وفقًا لقانون هوك ) ولأن ثابت الزنبرك والكتلة ثابتان معروفان، فإن قياس ضغط الزنبرك هو أيضًا قياس للتسارع. يتم تخميد النظام لمنع تذبذبات الكتلة والزنبرك من التداخل مع القياسات. ومع ذلك، يتسبب التخميد في أن يكون لمقاييس التسارع استجابة ترددية .

تمتلك العديد من الحيوانات أعضاء حسية للكشف عن التسارع، وخاصة الجاذبية. وفي هذه الأعضاء، تكون الكتلة الإثباتية عادةً عبارة عن بلورة واحدة أو أكثر من حصوات كربونات الكالسيوم (الكلمة اللاتينية "حجر الأذن") أو ستاتوكوني ، والتي تعمل ضد فراش من الشعر متصل بالخلايا العصبية. تشكل الشعيرات الينابيع، مع الخلايا العصبية كمستشعرات. وعادة ما يكون التخميد بواسطة سائل. تمتلك العديد من الفقاريات، بما في ذلك البشر، هذه الهياكل في آذانها الداخلية. تمتلك معظم اللافقاريات أعضاء مماثلة، ولكن ليس كجزء من أعضاء السمع. تسمى هذه الأكياس الستاتوسية .

غالبًا ما يتم تصميم مقاييس التسارع الميكانيكية بحيث تستشعر الدائرة الإلكترونية قدرًا صغيرًا من الحركة، ثم تدفع كتلة الإثبات باستخدام نوع من المحركات الخطية لمنع كتلة الإثبات من التحرك بعيدًا. قد يكون المحرك عبارة عن مغناطيس كهربائي أو في مقاييس التسارع الصغيرة جدًا، كهروستاتيكي . نظرًا لأنه يمكن تصميم السلوك الإلكتروني للدائرة بعناية، ولا تتحرك كتلة الإثبات بعيدًا، يمكن أن تكون هذه التصميمات مستقرة للغاية (أي أنها لا تتذبذب )، وخطية للغاية مع استجابة تردد متحكم فيها. (يُطلق على هذا تصميم وضع المؤازرة ).

في مقاييس التسارع الميكانيكية، يكون القياس غالبًا كهربائيًا أو كهرضغطيًا أو مقاومًا للضغط أو سعويًا . تستخدم مقاييس التسارع الكهرضغطية مستشعرات سيراميك ضغطي (مثل تيتانات الزركونيوم الرصاصي ) أو بلورات مفردة (مثل الكوارتز والتورمالين ). وهي لا مثيل لها في قياسات التردد العالي والوزن المنخفض والمقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. تقاوم مقاييس التسارع المقاومة للضغط الصدمات (التسارعات العالية جدًا) بشكل أفضل . تستخدم مقاييس التسارع السعوية عادةً عنصر استشعار دقيقًا من السيليكون. إنها تقيس الترددات المنخفضة جيدًا.

غالبًا ما تكون مقاييس التسارع الميكانيكية الحديثة عبارة عن أنظمة ميكروميكانيكية كهربائية صغيرة ( MEMS )، وغالبًا ما تكون أجهزة MEMS بسيطة للغاية، تتكون من أكثر بقليل من شعاع ذراع مع كتلة إثبات (تُعرف أيضًا باسم الكتلة الزلزالية ). ينتج التخميد عن الغاز المتبقي المحبوس في الجهاز. طالما أن عامل Q ليس منخفضًا جدًا، فإن التخميد لا يؤدي إلى حساسية أقل.

تحت تأثير التسارع الخارجي، تنحرف كتلة الإثبات عن موضعها المحايد. يتم قياس هذا الانحراف بطريقة تناظرية أو رقمية. في أغلب الأحيان، يتم قياس السعة بين مجموعة من الحزم الثابتة ومجموعة من الحزم المرفقة بكتلة الإثبات. هذه الطريقة بسيطة وموثوقة وغير مكلفة. يعد دمج المقاومات الانضغاطية في النوابض للكشف عن تشوه النابض، وبالتالي الانحراف، بديلاً جيدًا، على الرغم من الحاجة إلى بضع خطوات عملية أخرى أثناء تسلسل التصنيع. بالنسبة للحساسيات العالية جدًا ، يتم أيضًا استخدام النفق الكمومي ؛ وهذا يتطلب عملية مخصصة مما يجعله مكلفًا للغاية. تم إثبات القياس البصري في الأجهزة المعملية.

مقياس تسارع آخر يعتمد على MEMS هو مقياس تسارع حراري (أو حملي ). [7] يحتوي على سخان صغير في قبة صغيرة جدًا. هذا يسخن الهواء أو أي سائل آخر داخل القبة. تعمل الفقاعة الحرارية ككتلة إثبات . يقيس مستشعر درجة الحرارة المصاحب (مثل الثرمستور ؛ أو المتكتل الحراري ) في القبة درجة الحرارة في مكان واحد من القبة. هذا يقيس موقع الفقاعة الساخنة داخل القبة. عندما تتسارع القبة، يدفع السائل الأكثر برودة وكثافة الفقاعة الساخنة. تتغير درجة الحرارة المقاسة. يتم تفسير قياس درجة الحرارة على أنه تسارع. يوفر السائل التخميد. توفر الجاذبية المؤثرة على السائل الزنبرك. نظرًا لأن كتلة الإثبات عبارة عن غاز خفيف الوزن للغاية، ولا يتم تثبيته بواسطة شعاع أو رافعة، يمكن لمقاييس التسارع الحرارية أن تنجو من الصدمات العالية . يستخدم اختلاف آخر سلكًا لتسخين الغاز واكتشاف التغير في درجة الحرارة. يغير تغير درجة الحرارة مقاومة السلك. يمكن إنشاء مقياس تسارع ثنائي الأبعاد بطريقة اقتصادية باستخدام قبة واحدة وفقاعة واحدة وجهازي قياس.

تعمل معظم مقاييس التسارع الميكانيكية الدقيقة داخل المستوى ، أي أنها مصممة لتكون حساسة فقط لاتجاه في مستوى القالب . من خلال دمج جهازين بشكل عمودي على قالب واحد، يمكن صنع مقياس تسارع ثنائي المحور. من خلال إضافة جهاز آخر خارج المستوى ، يمكن قياس ثلاثة محاور. قد يكون لمثل هذا المزيج خطأ محاذاة أقل بكثير من ثلاثة نماذج منفصلة مجتمعة بعد التعبئة.

تتوفر مقاييس التسارع الميكانيكية الدقيقة في مجموعة متنوعة من نطاقات القياس، والتي تصل إلى آلاف الجي . يجب على المصمم التوفيق بين الحساسية والحد الأقصى للتسارع الذي يمكن قياسه.

التطبيقات

هندسة

يمكن استخدام مقاييس التسارع لقياس تسارع المركبات. ويمكن استخدام مقاييس التسارع لقياس الاهتزازات في السيارات والآلات والمباني وأنظمة التحكم في العمليات ومنشآت السلامة. ويمكن استخدامها أيضًا لقياس النشاط الزلزالي والميل واهتزاز الآلات والمسافة الديناميكية والسرعة مع أو بدون تأثير الجاذبية. وتُسمى تطبيقات مقاييس التسارع التي تقيس الجاذبية، حيث يتم تكوين مقياس التسارع خصيصًا للاستخدام في قياس الجاذبية ، بمقاييس الجاذبية .

علم الأحياء

تُستخدم مقاييس التسارع أيضًا بشكل متزايد في العلوم البيولوجية. تسمح التسجيلات عالية التردد للتسارع ثنائي المحور [8] أو ثلاثي المحاور [9] بالتمييز بين الأنماط السلوكية أثناء خروج الحيوانات عن الأنظار. علاوة على ذلك، تسمح تسجيلات التسارع للباحثين بقياس المعدل الذي ينفق به الحيوان الطاقة في البرية، إما عن طريق تحديد تردد ضربات الأطراف [10] أو مقاييس مثل تسارع الجسم الديناميكي الكلي [11] وقد تبنى علماء البحار مثل هذه الأساليب في الغالب بسبب عدم القدرة على دراسة الحيوانات في البرية باستخدام الملاحظات البصرية، ومع ذلك فإن عددًا متزايدًا من علماء الأحياء الأرضية يتبنون مناهج مماثلة. على سبيل المثال، تم استخدام مقاييس التسارع لدراسة إنفاق طاقة الطيران لصقر هاريس ( Parabuteo unicinctus ). [12] يستخدم الباحثون أيضًا مقاييس تسارع الهواتف الذكية لجمع واستخراج الوصافات الميكانيكية البيولوجية لتمارين المقاومة. [13] على نحو متزايد، يقوم الباحثون بنشر مقاييس التسارع مع التكنولوجيا الإضافية، مثل الكاميرات أو الميكروفونات، لفهم سلوك الحيوانات بشكل أفضل في البرية (على سبيل المثال، سلوك صيد الوشق الكندي [14] ).

صناعة

تُستخدم مقاييس التسارع أيضًا لمراقبة صحة الآلات للإبلاغ عن الاهتزاز وتغيراته في الوقت المناسب للأعمدة عند محامل المعدات الدوارة مثل التوربينات والمضخات [ 15] والمراوح [16] والبكرات [17] والضواغط [18] [ 19] أو خطأ المحمل [20] والذي إذا لم يتم الاهتمام به على الفور، يمكن أن يؤدي إلى إصلاحات باهظة الثمن . تتيح بيانات اهتزاز مقياس التسارع للمستخدم مراقبة الآلات واكتشاف هذه الأخطاء قبل فشل المعدات الدوارة تمامًا.

مراقبة المباني والهياكل

تُستخدم مقاييس التسارع لقياس حركة واهتزازات الهياكل المعرضة للأحمال الديناميكية. تنشأ الأحمال الديناميكية من مجموعة متنوعة من المصادر بما في ذلك:

  • الأنشطة البشرية – المشي، الجري، الرقص أو القفز
  • الآلات العاملة – داخل المبنى أو في المنطقة المحيطة به
  • أعمال البناء - دق الأكوام، الهدم، الحفر والتنقيب
  • نقل الأحمال على الجسور
  • تصادمات المركبات
  • أحمال التأثير – الحطام المتساقط
  • أحمال الارتجاج – الانفجارات الداخلية والخارجية
  • انهيار العناصر الهيكلية
  • أحمال الرياح وهبات الرياح
  • ضغط الهواء
  • فقدان الدعم بسبب فشل الأرض
  • الزلازل والهزات الارتدادية

في التطبيقات الإنشائية، يعد قياس وتسجيل كيفية استجابة الهيكل ديناميكيًا لهذه المدخلات أمرًا بالغ الأهمية لتقييم سلامة الهيكل وقابليته للاستمرار. يُطلق على هذا النوع من المراقبة اسم مراقبة الصحة، والتي تنطوي عادةً على أنواع أخرى من الأدوات، مثل أجهزة استشعار الإزاحة -مقاييس الجهد، وأجهزة قياس الجهد المنخفض، وما إلى ذلك- وأجهزة استشعار التشوه -مقاييس الانفعال، وأجهزة قياس التمدد- وأجهزة استشعار الحمل -خلايا الحمل، وأجهزة الاستشعار الكهرضغطية- وغيرها.

التطبيقات الطبية

يستخدم جهاز AED Plus من Zoll أجهزة CPR-D•padz التي تحتوي على مقياس تسارع لقياس عمق ضغطات الصدر أثناء الإنعاش القلبي الرئوي.

على مدى السنوات القليلة الماضية، قامت العديد من الشركات بإنتاج وتسويق ساعات رياضية للعدائين تتضمن أجهزة قياس السرعة ، والتي تحتوي على مقاييس تسارع للمساعدة في تحديد السرعة والمسافة للعدائين الذين يرتدون الوحدة.

في بلجيكا، تعمل الحكومة على تشجيع الناس على المشي بضعة آلاف من الخطوات كل يوم.

يستخدم جهاز التدريب الرقمي Herman مقاييس التسارع لقياس قوة الضربة في التدريب البدني. [21] [22]

وقد تم اقتراح بناء خوذات كرة قدم مزودة بمقياس تسارع لقياس تأثير الاصطدامات بالرأس. [23]

تم استخدام مقاييس التسارع لحساب معلمات المشي ، مثل مرحلة الوقوف والتأرجح. يمكن استخدام هذا النوع من المستشعرات لقياس أو مراقبة الأشخاص. [24] [25]

نظام الملاحة بالقصور الذاتي هو أداة مساعدة في الملاحة تستخدم الكمبيوتر وأجهزة استشعار الحركة (مقاييس التسارع) لحساب موضع واتجاه وسرعة (اتجاه وسرعة الحركة) جسم متحرك بشكل مستمر من خلال التقدير المباشر دون الحاجة إلى مراجع خارجية. تشمل المصطلحات الأخرى المستخدمة للإشارة إلى أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي أو الأجهزة ذات الصلة الوثيقة نظام التوجيه بالقصور الذاتي ومنصة المرجع بالقصور الذاتي والعديد من الاختلافات الأخرى.

إن مقياس التسارع وحده غير مناسب لتحديد التغيرات في الارتفاع على مسافات يكون فيها الانخفاض الرأسي للجاذبية كبيرًا، مثل الطائرات والصواريخ. وفي وجود تدرج جاذبية، تكون عملية المعايرة وتقليص البيانات غير مستقرة عدديًا. [26] [27]

ينقل

تُستخدم مقاييس التسارع للكشف عن الأوج في كل من علم الصواريخ الاحترافي [28] والهواة [29] .

تُستخدم مقاييس التسارع أيضًا في بكرات الضغط الذكية. تُستخدم مقاييس التسارع جنبًا إلى جنب مع الجيروسكوبات في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي. [30]

أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا لمقاييس التسارع MEMS هو في أنظمة نشر الوسادة الهوائية للسيارات الحديثة. في هذه الحالة، تُستخدم مقاييس التسارع للكشف عن التسارع السلبي السريع للمركبة لتحديد وقت وقوع الاصطدام وشدته. استخدام آخر شائع للسيارات هو في أنظمة التحكم الإلكتروني في الاستقرار ، والتي تستخدم مقياس تسارع جانبي لقياس قوى الانعطاف. أدى الاستخدام الواسع النطاق لمقاييس التسارع في صناعة السيارات إلى خفض تكلفتها بشكل كبير. [31] تطبيق آخر للسيارات هو مراقبة الضوضاء والاهتزاز والقسوة (NVH)، وهي الظروف التي تسبب عدم الراحة للسائقين والركاب وقد تكون أيضًا مؤشرات على وجود أعطال ميكانيكية.

تستخدم القطارات المائلة مقاييس التسارع والجيروسكوبات لحساب الميل المطلوب. [32]

علم البراكين

تُستخدم مقاييس التسارع الإلكترونية الحديثة في أجهزة الاستشعار عن بعد المخصصة لمراقبة البراكين النشطة للكشف عن حركة الصهارة . [33]

الالكترونيات الاستهلاكية

يتم دمج أجهزة قياس التسارع بشكل متزايد في الأجهزة الإلكترونية الشخصية للكشف عن اتجاه الجهاز، على سبيل المثال، شاشة العرض.

جهاز استشعار السقوط الحر (FFS) هو مقياس تسارع يستخدم للكشف عما إذا كان النظام قد سقط ويسقط بالفعل. ويمكنه بعد ذلك تطبيق تدابير السلامة مثل ركن رأس القرص الصلب لمنع اصطدام الرأس وفقدان البيانات الناتجة عند الاصطدام. يتم تضمين هذا الجهاز في العديد من منتجات الكمبيوتر والمنتجات الإلكترونية الاستهلاكية الشائعة التي تنتجها مجموعة متنوعة من الشركات المصنعة. كما يتم استخدامه في بعض أجهزة تسجيل البيانات لمراقبة عمليات المناولة لحاويات الشحن . يتم استخدام طول الوقت في السقوط الحر لحساب ارتفاع السقوط وتقدير الصدمة التي تتعرض لها العبوة.

إدخال الحركة

مقياس تسارع رقمي ثلاثي المحاور من Kionix ، داخل Motorola Xoom

تحتوي بعض الهواتف الذكية ومشغلات الصوت الرقمية والمساعدين الرقميين الشخصيين على مقاييس تسارع للتحكم في واجهة المستخدم؛ وغالبًا ما يُستخدم مقياس التسارع لتقديم عرض أفقي أو عمودي لشاشة الجهاز، بناءً على الطريقة التي يتم بها حمل الجهاز. وقد أدرجت شركة Apple مقياس تسارع في كل جيل من أجهزة iPhone و iPad و iPod touch ، وكذلك في كل iPod nano منذ الجيل الرابع. إلى جانب ضبط عرض الاتجاه، يمكن أيضًا استخدام مقاييس التسارع في الأجهزة المحمولة كعدادات للخطوات ، جنبًا إلى جنب مع التطبيقات المتخصصة . [34]

تستخدم أنظمة الإشعار التلقائي بالتصادم (ACN) أيضًا مقاييس التسارع في النظام لطلب المساعدة في حالة وقوع حادث سيارة. تشمل أنظمة ACN البارزة خدمة OnStar AACN، وFord Link's 911 Assist ، وToyota's Safety Connect ، وLexus Link ، أو BMW Assist . تحتوي العديد من الهواتف الذكية المجهزة بمقياس تسارع أيضًا على برنامج ACN متاح للتنزيل. يتم تنشيط أنظمة ACN من خلال اكتشاف تسارعات قوة الاصطدام.

تُستخدم مقاييس التسارع في أنظمة التحكم الإلكتروني في الثبات بالمركبة لقياس الحركة الفعلية للمركبة. يقارن الكمبيوتر الحركة الفعلية للمركبة بتوجيه السائق ودواسة الوقود. يمكن لجهاز الكمبيوتر للتحكم في الثبات أن يكبح العجلات الفردية بشكل انتقائي و/أو يقلل من قوة المحرك لتقليل الفارق بين مدخلات السائق والحركة الفعلية للمركبة. يمكن أن يساعد هذا في منع المركبة من الدوران أو الانقلاب.

تستخدم بعض أجهزة عداد الخطوات مقياس التسارع لقياس عدد الخطوات المتخذة والمسافة المقطوعة بدقة أكبر مما يمكن أن يوفره المستشعر الميكانيكي.

تستخدم وحدة تحكم ألعاب الفيديو Wii من Nintendo وحدة تحكم تسمى Wii Remote تحتوي على مقياس تسارع ثلاثي المحاور وقد تم تصميمها في الأساس لإدخال الحركة. كما يتمتع المستخدمون بخيار شراء ملحق إضافي حساس للحركة، وهو Nunchuk ، بحيث يمكن تسجيل إدخال الحركة من كلتا يدي المستخدم بشكل مستقل. كما يتم استخدامها أيضًا على نظام Nintendo 3DS .

تستخدم ساعات التنبيه الخاصة بمرحلة النوم أجهزة استشعار تسارع للكشف عن حركة النائم، بحيث يمكنها إيقاظ الشخص عندما لا يكون في مرحلة حركة العين السريعة، وذلك لإيقاظ الشخص بسهولة أكبر. [35]

تسجيل الصوت

الميكروفون أو طبلة الأذن عبارة عن غشاء يستجيب للتذبذبات في ضغط الهواء. تسبب هذه التذبذبات التسارع، لذا يمكن استخدام مقاييس التسارع لتسجيل الصوت. [36] وجدت دراسة أجريت عام 2012 أنه يمكن اكتشاف الأصوات بواسطة مقاييس تسارع الهواتف الذكية في 93٪ من المواقف اليومية النموذجية. [37]

وعلى العكس من ذلك، يمكن للأصوات المصممة بعناية أن تتسبب في قيام مقاييس التسارع بالإبلاغ عن بيانات خاطئة. وقد اختبرت إحدى الدراسات 20 طرازًا من مقاييس تسارع الهواتف الذكية (MEMS) ووجدت أن الأغلبية كانت عرضة لهذا الهجوم. [38]

استشعار الاتجاه

يستخدم عدد من أجهزة القرن الحادي والعشرين مقاييس التسارع لمحاذاة الشاشة اعتمادًا على الاتجاه الذي يتم حمل الجهاز فيه (على سبيل المثال، التبديل بين الوضعين الرأسي والأفقي ). تتضمن هذه الأجهزة العديد من أجهزة الكمبيوتر اللوحية وبعض الهواتف الذكية والكاميرات الرقمية . كان Amida Simputer ، وهو جهاز محمول يعمل بنظام Linux تم إطلاقه في عام 2004، أول جهاز محمول تجاري يحتوي على مقياس تسارع مدمج. لقد أدرج العديد من التفاعلات القائمة على الإيماءات باستخدام مقياس التسارع هذا، بما في ذلك تقليب الصفحات، وتكبير وتصغير الصور، وتغيير الوضع الرأسي إلى الوضع الأفقي، والعديد من الألعاب البسيطة القائمة على الإيماءات.

اعتبارًا من يناير 2009، تحتوي جميع الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية الجديدة تقريبًا على مستشعر إمالة على الأقل وأحيانًا مقياس تسارع لغرض تدوير الصور تلقائيًا، والألعاب المصغرة الحساسة للحركة، وتصحيح الاهتزاز عند التقاط الصور.

تثبيت الصورة

تستخدم كاميرات الفيديو مقاييس التسارع لتثبيت الصورة ، إما عن طريق تحريك العناصر البصرية لضبط مسار الضوء إلى المستشعر لإلغاء الحركات غير المقصودة أو تحويل الصورة رقميًا لتنعيم الحركة المكتشفة. تستخدم بعض الكاميرات الثابتة مقاييس التسارع لالتقاط الصور بدون ضبابية. تتوقف الكاميرا عن التقاط الصورة عندما تتحرك الكاميرا. عندما تكون الكاميرا ثابتة (ولو لملي ثانية فقط، كما قد تكون الحال مع الاهتزاز)، يتم التقاط الصورة. أحد الأمثلة على تطبيق هذه التكنولوجيا هو Glogger VS2، [39] وهو تطبيق هاتف يعمل على الهواتف التي تعمل بنظام Symbian مع مقاييس التسارع مثل Nokia N96 . تحتوي بعض الكاميرات الرقمية على مقاييس تسارع لتحديد اتجاه الصورة التي يتم التقاطها وأيضًا لتدوير الصورة الحالية عند المشاهدة.

سلامة الجهاز

تحتوي العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة على مقياس تسارع يستخدم للكشف عن السقوط. في حالة اكتشاف السقوط، يتم إيقاف رؤوس القرص الصلب لتجنب فقد البيانات وتلف الرأس أو القرص المحتمل بسبب الصدمة الناتجة .

قياس الجاذبية

مقياس الجاذبية أو مقياس الجاذبية هو أداة تستخدم في علم قياس الجاذبية لقياس مجال الجاذبية المحلي . مقياس الجاذبية هو نوع من مقاييس التسارع، إلا أن مقاييس التسارع حساسة لجميع الاهتزازات بما في ذلك الضوضاء ، والتي تسبب تسارعات تذبذبية. يتم مواجهة ذلك في مقياس الجاذبية من خلال عزل الاهتزاز المتكامل ومعالجة الإشارة . على الرغم من أن المبدأ الأساسي للتصميم هو نفسه الموجود في مقاييس التسارع، إلا أن مقاييس الجاذبية مصممة عادةً لتكون أكثر حساسية من مقاييس التسارع من أجل قياس التغيرات الصغيرة جدًا في جاذبية الأرض ، والتي تبلغ 1 جرام . على النقيض من ذلك، غالبًا ما يتم تصميم مقاييس التسارع الأخرى لقياس 1000 جرام أو أكثر، ويقوم العديد منها بإجراء قياسات متعددة المحاور. تكون القيود المفروضة على الدقة الزمنية أقل عادةً بالنسبة لمقاييس الجاذبية، بحيث يمكن زيادة الدقة عن طريق معالجة الناتج بـ "ثابت زمني" أطول.

أنواع مقياس التسارع

الثغرات الأمنية ومخاوف الخصوصية

تم استخدام بيانات مقياس التسارع، والتي يمكن الوصول إليها من خلال تطبيقات الطرف الثالث دون إذن المستخدم في العديد من الأجهزة المحمولة، [41] لاستنتاج معلومات غنية عن المستخدمين بناءً على أنماط الحركة المسجلة (على سبيل المثال، سلوك القيادة، ومستوى التسمم، والعمر، والجنس، ومدخلات شاشة اللمس، والموقع الجغرافي). [42] إذا تم ذلك دون علم المستخدم أو موافقته، يشار إلى ذلك باسم هجوم الاستدلال . بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون ملايين الهواتف الذكية عرضة لاختراق البرامج عبر مقاييس التسارع. [43] [44]

انظر أيضا

تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ مقاييس التسارع .

مراجع

  1. ^ تيندر، ريتشارد ف. (2007). ميكانيكا الطيران النسبية والسفر الفضائي: مقدمة للطلاب والمهندسين والعلماء . دار نشر مورجان وكلايبول. ص 33. رقم ISBN 978-1-59829-130-8.مقتطف من الصفحة 33
  2. ^ ab Rindler, W. (2013). Essential Relativity: Special, General, and Cosmological (الطبعة المصورة). Springer. ص. 61. ISBN 978-1-4757-1135-6.مقتطف من الصفحة 61
  3. ^ كورك، بيتر (2017). الروبوتات والرؤية والتحكم: الخوارزميات الأساسية في MATLAB (الطبعة الثانية، المنقحة والموسعة والمحدثة بالكامل). سبرينغر. ص. 83. ISBN 978-3-319-54413-7.مقتطف من الصفحة 83
  4. ^ أينشتاين، ألبرت (1920). "20". النسبية: النظرية الخاصة والعامة . نيويورك: هنري هولت. ص 168. ISBN 978-1-58734-092-5.
  5. ^ بينروز، روجر (2005) [2004]. "17.4 مبدأ التكافؤ". الطريق إلى الواقع . نيويورك: كنوبف. ص 393-394. ISBN 978-0-470-08578-3.
  6. ^ دوشر، جيمس. "تصميم مقياس التسارع وتطبيقاته". Analog Devices . مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2008. تم الاسترجاع في 23 ديسمبر 2008 .
  7. ^ موخيرجي، راؤول؛ باسو، جوي ديب؛ ماندال، براديب؛ جوها، براسانتا كومار (2017). "مراجعة مقاييس التسارع الحرارية الدقيقة". مجلة الميكانيكا الدقيقة والهندسة الدقيقة . 27 (12): 123002. arXiv : 1801.07297 . Bibcode : 2017JMiMi..27l3002M. doi : 10.1088/1361-6439/aa964d. S2CID  116232359.
  8. ^ يودا وآخرون (2001) مجلة علم الأحياء التجريبي 204(4): 685-690
  9. ^ Shepard, Emily LC; Wilson, Rory P.; Quintana, Flavio; Laich, Agustina Gómez; Liebsch, Nikolai; Albaredas, Diego A.; Halsey, Lewis G.; Gleiss, Adrian; Morgan, David T.; Myers, Andrew E.; Newman, Chris; Macdonald, David W. "تحديد أنماط حركة الحيوانات باستخدام التسارع ثلاثي المحاور" (PDF) . int-res.com . مؤرشف من الأصل (PDF) في 7 نوفمبر 2012 . تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2014 .
  10. ^ كوابي وآخرون. (2003) علم المصايد 69 (5):959 – 965
  11. ^ ويلسون وآخرون. (2006) مجلة علم البيئة الحيوانية : 75 (5): 1081 – 1090
  12. ^ Walsum, Tessa A. Van; Perna, Andrea; Bishop, Charles M.; Murn, Campbell P.; Collins, Philip M.; Wilson, Rory P.; Halsey, Lewis G. (2020). "استكشاف العلاقة بين سلوك الخفقان وإشارة مقياس التسارع أثناء الطيران الصاعد، ونهج جديد للمعايرة" (PDF) . Ibis . 162 (1): 13–26. doi :10.1111/ibi.12710. ISSN  1474-919X. S2CID  92209276.
  13. ^ Viecelli, Claudio; Graf, David; Aguayo, David; Hafen, Ernst; Füchslin, Rudolf M. (15 July 2020). "استخدام بيانات مقياس تسارع الهاتف الذكي للحصول على أوصاف علمية ميكانيكية بيولوجية لتدريب تمارين المقاومة". PLOS ONE . 15 (7): e0235156. Bibcode :2020PLoSO..1535156V. doi : 10.1371/journal.pone.0235156 . ISSN  1932-6203. PMC 7363108. PMID 32667945  . 
  14. ^ ستود، إميلي ك.؛ ديربيشاير، راشيل إي.؛ مينزيس، أليسون ك.؛ سيمز، جون ف.؛ همفتيز، موراي م.؛ موراي، دينيس م.؛ بوتين، ستان (2021). "الصيد المثالي: استخدام مقاييس التسارع ومسجلات الصوت لتوثيق معدلات القتل وسلوك الصيد لمتخصص الفرائس الصغيرة". طرق في علم البيئة والتطور . 12 (7): 1277-1287. رمز Bibcode : 2021MEcEv..12.1277S. doi : 10.1111/2041-210X.13605 . S2CID  235537052.
  15. ^ كلوبنيك، رينارد؛ سوليفان، رون. "اعرف عمر المضخات" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 نوفمبر 2012. تم الاسترجاع في 9 يناير 2009 .
  16. ^ Wilcoxon Research. "إرشادات لتركيب أجهزة استشعار الاهتزاز 4–20 مللي أمبير على المراوح" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 4 مارس 2016. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2014 .
  17. ^ Klubnik, Renard; Sullivan, Ron. "Know the Health of your Pumps" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 نوفمبر 2012 . تم الاسترجاع 11 سبتمبر 2014 .
  18. ^ "قياسات الاهتزازات ذات التردد المنخفض على مجموعة تروس الضاغط" (PDF) . ويلكوكسون للأبحاث . 14 نوفمبر 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 نوفمبر 2012 . تم استرجاعه في 11 سبتمبر 2014 . تمت مراقبة مجموعة التروس على ضاغط توربيني حرج باستخدام مقياس تسارع صناعي قياسي بترددات منخفضة للغاية...
  19. ^ "Gearbox tutorial" (PDF) . Wilcoxon Research. 11 سبتمبر 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 نوفمبر 2012 . تم الاسترجاع 9 يناير 2009 .
  20. ^ "فشل المحمل: الأسباب والعلاجات فشل المحمل: الأسباب والعلاجات" (PDF) . wilcoxon.com . مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 سبتمبر 2015 . تم الاسترجاع 11 سبتمبر 2014 .
  21. ^ The Contender 3 الحلقة 1 SPARQ اختبار ESPN
  22. ^ "مرحبًا بكم في موقع GoHerman.com، المبتكر للتدريب الشخصي التفاعلي للياقة البدنية، – فنون القتال وفنون القتال المختلطة" . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  23. ^ Nosovitz, Dan (12 January 2011). "NFL Testing Helmets With Impact-Sensing Accelerometers for Concussion Analysis". Popular Science . مؤرشف من الأصل في 12 سبتمبر 2014.
  24. ^ إرفين حسين لوبيز نافا (2010). "نحو اكتساب ومعالجة شاملين لمعلمات المشي". نحو اكتساب ومعالجة شاملين لمعلمات المشي – سبرينغر . مذكرات محاضرات في علوم الكمبيوتر. المجلد 6437. ص 410-421. doi :10.1007/978-3-642-16761-4_36. ISBN 978-3-642-16760-7.
  25. ^ Lopez-Nava IH et Munoz-Melendez A. (2010). نحو اكتساب ومعالجة معلمات المشية في كل مكان. في المؤتمر الدولي المكسيكي التاسع للذكاء الاصطناعي، هيدالغو، المكسيك.
  26. ^ "قياس السرعة الرأسية، بقلم إد هان في sci.aeronautics.airliners، 1996-11-22" . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  27. ^ براءة اختراع أمريكية رقم 6640165، هايوورد، كيرك دبليو وستيفنسون، لاري جي، "طريقة ونظام لتحديد ارتفاع الجسم الطائر"، صدرت في 28 أكتوبر 2003 
  28. ^ "النشر المزدوج" . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  29. ^ "مقياس الارتفاع PICO". مؤرشف من الأصل في 19 ديسمبر 2005. اطلع عليه بتاريخ 12 سبتمبر 2014 .
  30. ^ "تصميم نظام توجيه وتحكم متكامل لصاروخ تكتيكي" ويليامز، ديريتشمان، جيه فريدلاند، بي. (شركة سينجر، قسم كيرفوت، ليتل فولز، نيوجيرسي) AIAA-1983-2169 IN: مؤتمر التوجيه والتحكم، جاتلينبرج، تينيسي، 15-17 أغسطس 1983، مجموعة من الأوراق الفنية (A83-41659 19-63). نيويورك، المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية، 1983، ص 57-66.
  31. ^ Andrejašic, Matej (مارس 2008). MEMS ACCELEROMETERS (PDF) . جامعة ليوبليانا. مؤرشف من الأصل (PDF) في 11 يونيو 2014.
  32. ^ القطارات المائلة تقصر زمن العبور أرشيف 4 يونيو 2011 على موقع واي باك مشين . Memagazine.org. تم الاسترجاع في 17 أكتوبر 2011.
  33. ^ مايكل راندال. "USGS – مراقبة البراكين" . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  34. ^ إيتون، كيت (18 فبراير 2014). "هذه التطبيقات مصممة للمشي - NYTimes.com". نيويورك تايمز . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  35. ^ نام، يون يونج؛ كيم، يسوك؛ لي، جين سوك (23 مايو 2016). "مراقبة النوم بناءً على مقياس تسارع ثلاثي المحاور ومستشعر ضغط". مجسات (بازل، سويسرا) . 16 (5): 750. رمز Bibcode : 2016Senso..16..750N. doi : 10.3390/s16050750 . PMC 4883440. PMID  27223290 . 
  36. ^ [1] استخدام مقاييس التسارع MEMS كمكبرات صوتية في الآلات الموسيقية
  37. ^ [2] IEEE 2012، اكتشاف نشاط الكلام باستخدام مقياس التسارع، ألكسندر ماتيك، وآخرون.
  38. ^ [3] يمكن خداع أجهزة قياس تسارع الهواتف الذكية IEEE Spectrum بالموجات الصوتية.
  39. ^ "Glogger" . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2014 .
  40. ^ "Mullard: ورقة بيانات مقياس التسارع ثنائي الصمامات DDR100" (PDF) . تم الاسترجاع في 7 مايو 2013 .
  41. ^ باي، شياولونج؛ ين، جي؛ وانج، يو بينج (2017). "حارس المستشعر: منع الاستدلال على الخصوصية على أجهزة استشعار أندرويد". مجلة EURASIP لأمن المعلومات . 2017 (1). doi : 10.1186/s13635-017-0061-8 . ISSN  2510-523X.
  42. ^ كروجر، جاكوب ليون؛ راشكي، فيليب (يناير 2019). "الآثار المترتبة على خصوصية بيانات مقياس التسارع: مراجعة للاستدلالات المحتملة". وقائع المؤتمر الدولي حول التشفير والأمن والخصوصية . ACM، نيويورك. ص 81-87. doi : 10.1145/3309074.3309076 .
  43. ^ Dockrill, Peter (18 March 2017). "Millions of Smartphones Could Be Vulnerable to Hacking Via Sound Waves". ScienceAlert . تم الاسترجاع في 13 مارس 2019 .
  44. ^ Nordrum, Amy (17 March 2017). "يمكن خداع مقاييس تسارع الهواتف الذكية بالموجات الصوتية". IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News . تم الاسترجاع في 13 مارس 2019 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Accelerometer&oldid=1237701590"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate