تفاوت های میان اکسلرومتر کوارتز و اکسلرومتر MEMS

در زمینه صنعت مدرن و علم و فناوری، شتاب سنجها به عنوان یک سنسور مهم به طور گسترده ای در هوافضا، سیستم های ناوبری،کنترل وسایل نقلیه و اتوماسیون صنعتی و سایر زمینه هابا توسعه تکنولوژی، انواع زیادی از شتاب سنج در بازار وجود دارد که از آن ها شتاب سنج کوارتز و شتاب سنج MEMS رایج ترین هستند.چه تفاوتی بین این دو سرعت سنج وجود دارد?

1、سرعت سنج های کوارتزبر اساس خواص پيزو الکتريکي بلور هاي کوارتز است.شارژ های پیزو الکتریکی در داخل کریستال تولید می شوند که متناسب با شتاب است، و مقدار شتاب با اندازه گیری این شارژ ها تعیین می شود.

شتاب سنج های کوارتز به خاطر دقت، ثبات و قابلیت اطمینان فوق العاده خود شناخته شده اند و برای کاربردهای دقیق مانند هوافضا، دفاع،سیستم های نظارت لرزه ای و ناوبری جاودانبرخلاف شتاب سنج های MEMS، شتاب سنج های کوارتز دارای سر و صدا بسیار کم، وضوح بسیار بالا و می توانند سرعتها را تا سطوح کوچک اندازه گیری کنند.

2、شتاب سنج های MEMSبا استفاده از تکنولوژی MEMS ساخته می شوند. معمولاً شامل یک بلوک کوچک تندروی قابل حرکت و الکترود های ثابت است و شتاب باعث تغییر بلوک تندروی می شود،که باعث تغییر ظرفیت یا مقاومت می شود، و سپس شتاب را اندازه گیری می کند.

یکی از مزایای اصلی سرعت سنج های MEMS اندازه کوچک آنها است که آنها را برای کاربردهایی که اندازه و وزن آنها را نیاز دارد، مانند الکترونیک مصرفی، دستگاه های تلفن همراه،و برنامه های کاربردی اینترنت اشیاء (loT)علاوه بر این، شتاب سنج های MEMS دارای حساسیت بالا و محدوده پویایی گسترده ای هستند که تشخیص دقیق شتابهای کوچک و بزرگ را امکان پذیر می کند.

3٬ کاربرد اصلی

①سرعت سنج های کوارتز

• ناوبری ماهواره ای و کنترل وضعیت

ماهواره های ارتباطی در فضا نیاز به کنترل دقیق موقعیت دارند تا اطمینان حاصل شود که آنتن همیشه به زمین اشاره دارد تا ارتباطات پایدار حاصل شود.شتاب سنج های کوارتز می توانند اندازه گیری های دقیق شتاب را برای کمک به ماهواره ها در تنظیم موقعیت خود و حفظ یک مدار و جهت گیری پایدار انجام دهند.

• نظارت پویا بر بستر حفاری نفت

در عملیات پلتفرم های حفاری نفت دریایی، نظارت در زمان واقعی بر لرزش و شیب پلتفرم برای اطمینان از ایمنی ساختاری پلتفرم مورد نیاز است.شتاب سنج های کوارتز را می توان در قسمت های کلیدی پلتفرم نصب کرد تا تغییرات کوچک سرعت را به دقت اندازه گیری کند، مشکلات ساختاری احتمالی را به موقع تشخیص می دهد و از حوادث جلوگیری می کند.

• ناوبری زیردریایی

هنگامی که زیردریایی ها در زیر آب حرکت می کنند، برای هدایت دقیق بدون افشای موقعیت خود باید به سیستم های ناوبری بی حرکت تکیه کنند.شتاب سنج های کوارتز می توانند داده های دقیق شتاب را ارائه دهند، در ترکیب با سنسورها مانندژایروسکوپ ها، برای کمک به زیردریایی برای محاسبه موقعیت و مسیر فعلی، اطمینان حاصل شود که زیردریایی می تواند به طور ایمن و دقیق کار را انجام دهد.

②شتاب سنج های MEMS

•  حسگر حالت تلفن هوشمند

تلفن های هوشمند نیاز به تنظیم خودکار جهت گیری صفحه نمایش با توجه به حالت بدن کاربر دارند. به عنوان مثال، هنگامی که کاربر تلفن را از پرتره به چشم انداز تغییر می دهد،سرعت سنج MEMS قادر به تشخیص تغییر در زمان واقعی است و به سیستم دستور می دهد جهت نمایش صفحه نمایش را تنظیم کندعلاوه بر این، در برنامه های کاربردی بازی، سرعت سنج های MEMS نیز برای تشخیص شیب و لرزش تلفن استفاده می شوند، که تجربه بازی را عمیق تر می کند.

• کنترل الکترونیک ثبات خودرو (ESC)

در هنگام رانندگی خودرو، اگر فرمان اضطراری یا جاده مرطوب باعث لغزیدن چرخ شود،سیستم ESC خودرو به سرعت سنج MEMS برای تشخیص شتاب و تغییرات موضع خودرو متکی خواهد بود، به موقع نیروی ترمز و قدرت موتور را تنظیم کنید و ثبات خودرو را حفظ کنید.

• نظارت بر سلامت

شتاب سنج های MEMS برای تشخیص داده های سلامتی مانند وضعیت حرکت کاربر، تعداد گام ها و کیفیت خواب استفاده می شوند.مصرف انرژی پایین و دقت بالا باعث می شود که این سنسور اصلی برای دستیابی به انواع عملکردهای نظارت بر سلامت باشد..

4、مزایا و معایب

①شتاب سنج های کوارتز

• دقت بالا: معمولا قادر به اندازه گیری سرعت بسیار دقیق و قابل اعتماد با حداقل خطا است که برای کاربردهایی که نیاز به دقت بسیار دقیق اندازه گیری دارند مناسب است.مانند ناوبری با دقت بالا، تحقیقات علمی و غیره

به عنوان مثال، در سیستم های ناوبری ماهواره ای، دقت بالای شتاب سنج های کوارتز به تعیین دقیق تر موقعیت و حالت ماهواره ها کمک می کند.

• ثبات عالی: ثبات طولانی مدت خوبی دارد و به راحتی تحت تأثیر تغییرات محیطی (مانند دمای، رطوبت، فشار و غیره) قرار نمی گیرد و ثبات نتایج اندازه گیری بالا است.این باعث می شود آن را قابل اعتماد در پروژه های نظارت زمین شناسی که نیاز به اندازه گیری پایدار در طول دوره های طولانی از زمان، با انحراف داده های کوچک.

• محدوده پویایی بالا: توانایی اندازه گیری طیف گسترده ای از تغییرات شتاب، از شتاب بسیار کوچک تا شتاب برخورد بزرگ می تواند به طور دقیق اندازه گیری شود.تغییرات شتاب را می توان با دقت ضبط کرد که آیا یک پرواز معمول یا یک مانور خشن است.

شتاب سنج های کوارتز

• هزینه های بالا:به دلیل فرآیند تولید پیچیده و مواد خاص مورد استفاده، منجر به هزینه های تولید بالا می شود، که استفاده گسترده آن را در برخی از کاربردهای حساس هزینه محدود می کند.

به عنوان مثال، در الکترونیک مصرفی در مقیاس بزرگ، شتاب سنج های کوارتز اغلب به دلیل عوامل هزینه ای ترجیح داده نمی شوند.

• اندازه بزرگتر و وزن سنگین تر:در مقایسه با شتاب سنج های MEMS، اندازه و وزن بزرگتر آنها را برای کاربردهایی با محدودیت های فضا و وزن، مانند هواپیماهای بدون سرنشین کوچک یا دستگاه های پوشیدنی کمتر مناسب می کند.

برای دستگاه هایی مانند گوشی های هوشمند که طراحی نازک و سبک دارند، اندازه و وزن شتاب سنج کوارتز می تواند مانعی باشد.

• مصرف برق نسبتا بالا:در برخی از کاربردهای باتری، ممکن است تاثیر خاصی بر عمر باتری دستگاه داشته باشد.

به عنوان مثال، در برخی از دستگاه های اندازه گیری قابل حمل که باید برای مدت طولانی کار کنند، مصرف انرژی بالاتر ممکن است نیاز به باتری با ظرفیت بزرگتر یا شارژ مکرر داشته باشد.

②شتاب سنج های MEMS‬استحقاق

• اندازه کوچک، وزن کم:به دلیل فرآیند تولید MEMS، حجم آن می تواند بسیار کوچک، وزن سبک، آسان برای ادغام در انواع تجهیزات جمع و جور باشد.

مانند گوشی های هوشمند مدرن، شتاب سنج های MEMS می توانند بدون اضافه کردن حجم و وزن بیش از حد، عملکردهای مختلفی را انجام دهند.

• هزینه کم:مناسب برای تولید انبوه، می تواند هزینه دستگاه های فردی را کاهش دهد و به آن مزیت هزینه در الکترونیک مصرفی و کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ می دهد.

به طور گسترده ای در انواع دستگاه های IOT ارزان قیمت و الکترونیک مصرف کننده گسترده استفاده می شود.

• مصرف انرژی کم:برای دستگاه های باتری، می تواند عمر باتری را به طور موثر افزایش دهد و آن را در برنامه های قابل حمل و بی سیم جذاب تر کند.

به عنوان مثال، در شبکه های سنسور بی سیم، شتاب سنج های MEMS با قدرت کم به افزایش زمان کار گره ها کمک می کنند.

شتاب سنج های MEMS‬تکلیفات

• دقت نسبتا کم: اگر چه می تواند نیازهای اکثر کاربردهای عمومی را برآورده کند، ممکن است در برخی موارد که دقت بسیار بالا است، قادر به پاسخگویی به الزامات نباشد.مانند ابزارهای علمی پیشرفته یا اندازه گیری دقیق صنعتی.

در سیستم های ناوبری بی وقفه با دقت بالا، ممکن است برای اطمینان از دقت ناوبری به شتاب سنج های کوارتزی دقیق تر نیاز باشد.

• حساسیت به دما: عملکرد آن ممکن است به شدت تحت تاثیر تغییرات دمایی قرار گیرد، که منجر به انحراف در نتایج اندازه گیری می شود و جبران دمایی برای بهبود دقت اندازه گیری مورد نیاز است.

در دستگاه هایی که در محیط های با دمای شدید در فضای باز کار می کنند، ویژگی های دمایی شتاب سنج های MEMS ممکن است بر نتایج اندازه گیری تأثیر بگذارد.

• مقاومت ضربه محدود:کاهش عملکرد یا آسیب ممکن است در صورت قرار گرفتن در معرض شوک های بزرگ یا ارتعاشات رخ دهد.

در نظارت بر ضربه های شدید برخی از ماشین آلات صنعتی، ممکن است به اندازه شتاب سنج های کوارتز دوام نداشته باشد.