Датчики кажущегося линейного ускорения (ДЛУ, акселерометры) получили распространение во многих сферах и отраслях промышленности. В этой статье мы более подробно обсудим их применение в различных индустриях.
Ранее мы отвечали на вопрос:
Что нужно учитывать при подборе акселерометра под задачи проекта
Примеры применения акселерометров
Применение акселерометров в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности и геофизике
В горнодобывающей промышленности акселерометры применяются повсеместно. В карьерных экскаваторах датчики ускорений, использующиеся в данном случае как датчики вибрации, устанавливаются в местах расположения подшипников, на редукторах, коробках передач и двигателях – всё это позволяет контролировать вибрацию и своевременно определять, и предотвращать развитие серьёзных дефектов подшипников и редукторов, определять недостаток смазки, выявлять проблемы с центровкой и другие проблемы, возникающие в ходе эксплуатации сложного технического оборудования. Всё это позволяет предупредить ухудшение состояния техники (например, спланировать обслуживание с минимальным простоем) и избежать остановок в работе оборудования, а, следовательно, и материальных потерь.
В геофизике акселерометры используются в различных технологиях добычи нефти и газа
- При статическом контроле скважин для её оценки и картографирования.
- При измерениях во время бурения скважин.
- В технологии получения сейсморазведочных построений нижней части стволов скважин.
Акселерометры широко применяются для бурения, каротажа (исследования горных пород в буровых скважинах) и сейсморазведки. Во время направленного бурения чаще всего используются 3-осевые акселерометры и магнитометры, что позволяет определить ориентацию долота относительно магнитного поля Земли, но иногда в дополнение к ним используется гироскопический модуль. В процессе каротажа используются преимущественно три одноосевых акселерометра, расположенных ортогонально. Они фиксируют изменения скорости зонда в скважине, а также ударные и вибрационные нагрузки, воздействующие на прибор, что позволяет получить информацию о рельефе скважины. Датчики ускорений для работы в горнодобывающей промышленности должны быть устойчивы к жёстким условиям окружающей среды, то есть работать в условиях высоких температур, обладать повышенной ударостойкостью и высокой стабильностью.
Что нужно учитывать при выборе магнитометра читайте в материале:
Технологии и особенности магнитометров
Применение акселерометров в крупной робототехнике
Акселерометры в комплексе с гироскопами применяются в инерциальных навигационных системах (ИНС). Главным преимуществом подобных систем является их автономность, повышенная защита от помех и высокая информативность, а также отсутствие какого-либо излучения при её работе, что позволяет избежать обнаружения объекта, на котором она используется. К недостаткам ИНС относятся накапливающиеся ошибки, для корректировки которых ИНС часто функционируют в связке с неавтономными системами навигации (например, спутниковыми).
Акселерометры, входящие в состав ИНС, часто применяются в робототехнике, а также используются в качестве инклинометров, позволяющих определить угол (или углы) наклона робота относительно гравитационного поля Земли. Чаще всего для определения положения робота в пространстве применяются три одноосевых акселерометра, расположенных ортогонально. Интегрируя получаемое на выходе акселерометра значение ускорения, можно рассчитать значение скорости движения. При интегрировании полученной скорости движения, можно получить значение пройденного пути. Следовательно, если известны начальные координаты робота в пространстве, то, используя найденное значение пройденного пути, можно получить информацию о его текущем местоположении. Из недостатков подобной системы стоит отметить ошибку, накапливающуюся при постоянном интегрировании, но, тем не менее, подобные системы, включающие в себя акселерометры, применяются достаточно широко.
Например, в нефтегазовой промышленности всё большее распространение получают роботы-дефектоскопы – роботизированные агрегаты, предназначенные для обследования и выявления дефектов нефте- и газопроводов. При несвоевременном выявлении, повреждения и разрушения труб, вызванные коррозией, механическими повреждениями и процессами старения, могут привести к техногенным авариям и катастрофам, поэтому методы предупреждения подобного развития событий стремительно развиваются. Однако, в трубах невозможна работа спутниковых навигационных систем, что приводит к необходимости установки автономных бортовых ИНС непосредственно на роботах, и в состав таких модулей и входят акселерометры, позволяющие определить положение робота в газо- или нефтепроводе.
Также ИНС, применяются при производстве роботов для подводных работ, но обычно они работают в связке с системой GPS. На рисунке показан робот «Моби Дик» от производителя The «Whale» (Россия), способный работать на глубине до 1000 м.
Моби Дик обладает высокой маневренностью и сопротивляемостью течениям, что было бы невозможно без применения инерциальных датчиков. Данные роботы используются для поиска объектов, находящихся на дне, и передают всю собранную информацию на компьютер. Программа, используемая для дистанционного управления роботом, аккумулирует получаемую с датчиков (в том числе и акселерометров) информацию о его положении, что позволяет максимально эффективно его использовать.
Акселерометры применяются в производстве роботов для научных исследований, в том числе, и в жёстких условиях, например, в космическом пространстве, в горах.
Таким образом, акселерометры в робототехнике являются частью систем сенсорного обеспечения, позволяющих роботам самостоятельно ориентироваться в пространстве.
Применение акселерометров в авионике, космонавтике и судостроении
Как было отмечено ранее, акселерометры являются частью инерциальных навигационных систем, и они нашли своё применение не только в робототехнике. Изначально ИНС разрабатывались для авиации в 1950-х, но сейчас их применяют во всех отраслях космонавтики, судостроении и авионике, где требуется точное определение координат и положения тела, а также акселерометры используются для определения вибрации и квазистатических ускорений.
Применение акселерометров в сельскохозяйственной технике и погрузчиках
Индустрия сельского хозяйства за тысячелетия своего существования претерпела существенные изменения, и в настоящее время те процессы, которые раньше выполнялись вручную, автоматизированы или значительно упрощены для человека. В сельскохозяйственной технике не обошлось без применения акселерометров и инерциальных модулей. Например, пьезоэлектрические и ёмкостные акселерометры используют для проведения вибрационной диагностики различного оборудования, в частности, тракторов.
Роботы, о которых шла речь ранее, также нашли своё применение в сельском хозяйстве: всё большее количество процессов автоматизируется, техника управляется дистанционно, но для всех этих процессов необходимо применение ИНС.
Выводы
Применение акселерометров как в составе инерциальных модулей и ИНС, так и в качестве самостоятельного устройства позволило автоматизировать многие процессы, что, в свою очередь, привело к улучшению условий труда для специалистов, занятых в опасных сферах промышленности. Кроме того, применение акселерометров упростило многие процессы, например, оценку состояния опор мостов.
ИНЕЛСО предлагает акселерометры со следующими техническими характеристиками
|
|
МЭМС-акселерометры |
Кварцевые акселерометры |
|
Диапазон измерений, |
±10…±10 000 |
±30…±70 |
|
Полоса пропускания, |
100…10 000 |
300…2 500 |
|
Число осей |
1…3 |
1 |
|
Нестабильность смещения, |
0,05…37,5 |
0,01…0,02 |
|
Тип выхода |
Аналоговый / SPI |
Аналоговый |
|
Варианты подключения |
Распайка на плату / провода / разъём |
Распайка на плату |
|
Диапазон |
От -55 до +125 |
От -55 до +155 |
|
Ударостойкость |
До 10 000 |
До 1 000 |
|
Серии |
BS-AO9, BS-AV9, |
BS-AQ29/30/31/32/33/34 |
Смотреть акселерометры в каталоге
Подробнее об инерциальных датчиках BLITZ Sensor
За подробной технической документацией и консультацией при подборе акселерометров обращайтесь к нашим специалистам
по тел: +7 (812) 628-00-16
или по электронной почте: sales@inelso.ru.