Quelle est la différence entre un accéléromètre et un capteur d'inclinaison ?

La terminologie entourant les capteurs d'inclinaison peut prêter à confusion, et certaines des questions les plus courantes que nous entendons sont "quelle est la différence entre un accéléromètre et un inclinomètre ?" et "puis-je utiliser un accéléromètre comme capteur d'inclinaison ?".

TLDR : Les accéléromètres sont parfois utilisés pour mesurer l'inclinaison, mais ils sont souvent peu fiables (pour la mesure de l'inclinaison) dans les utilisations finales où les vibrations sont présentes. Ils peuvent également s'user car ils comportent des pièces mobiles, ce qui entraîne une dérive de la sortie au fil du temps. Un autre problème courant est le biais d'allumage, ce qui entraîne une faible répétabilité et une faible précision des mesures d'inclinaison.

Dans cet article, nous vous fournirons une explication rapide pour vous aider à trouver le bon capteur pour votre application.

Qu'est-ce qu'un accéléromètre ?

Les accéléromètres mesurent, vous l'avez deviné, l'accélération ! Mais ils sont également utilisés pour mesurer les vibrations, les chocs et l'inclinaison. Les accéléromètres mesurent l'inclinaison en examinant l'accélération qu'ils subissent du fait de la gravité terrestre (~9,8 ^m/s2 pour ceux d'entre nous qui ne sont pas allés à l'école depuis longtemps). Ils donnent les mesures les plus fiables lorsque l'objet auquel ils sont attachés ne bouge pas. Les accéléromètres sont donc souvent utilisés en tandem avec d'autres capteurs, comme les gyroscopes, pour corriger ces erreurs.

Les accéléromètres basés sur les MEMS (Micro-Electro Mechanical System) sont les plus couramment utilisés pour la mesure de l'inclinaison en raison de leur petite taille, de leur faible coût et de leur relative facilité d'intégration.

Qu'est-ce qu'un inclinomètre ?

Il existe de nombreux types d'inclinomètres (également appelés capteurs d'inclinaison), depuis les capteurs mécaniques à bille et à bulle de faible précision jusqu'aux capteurs capacitifs liquides de plus grande précision et aux capteurs à force équilibrée extrêmement sensibles. Comme les accéléromètres MEMS, les inclinomètres MEMS sont populaires pour les mêmes raisons (petite taille, faible coût, intégration simple), mais comme la technologie MEMS repose sur des pièces mobiles, ils ont tendance à s'user beaucoup plus rapidement que leurs homologues électrolytiques à base de fluide.

Les capteurs d'inclinaison électrolytiques de Fredericks sont des dispositifs résistifs à base de fluide, ce qui signifie que le capteur fournit une tension de sortie proportionnelle à l'angle d'inclinaison du capteur par rapport à la gravité (en fonction de la position du fluide). Un capteur d'inclinaison typique comporte plusieurs électrodes stationnaires qui s'étendent dans le fluide, et la position est mesurée par la résistance du fluide entre elles.

Le capteur est monté sur un PCB, ou circuit imprimé, et la sortie du capteur est connectée à un ADC, ou convertisseur analogique-numérique. La lecture de l'ADC est traitée par un microcontrôleur et transformée en une sortie conviviale, et cet ensemble constitue ce que nous appelons chez Fredericks un inclinomètre.

Avantages et inconvénients des accéléromètres pour la mesure de l'inclinaison

Les principaux avantages de l'utilisation d'accéléromètres pour la mesure de l'inclinaison sont qu'ils sont relativement peu coûteux, de petite taille et souvent conditionnés de manière pratique (pensez au montage en surface et au pick-and-place), ce qui en fait une option intéressante pour les applications commerciales.

En contrepartie, ils sont moins précis car ils sont conçus pour mesurer l'accélération. Pour obtenir la même précision qu'un capteur d'inclinaison électrolytique, le coût d'un accéléromètre augmente considérablement, et il y a toujours des problèmes de dérive de la sortie et de panne du matériel dans le temps à cause des pièces mobiles.

Comprendre les différents facteurs de précision

Le diagramme ci-dessous représente la relation entre la répétabilité et la précision. Le diagramme montre que si quelque chose (comme un capteur d'inclinaison ou un inclinomètre) n'est pas répétable, il ne peut pas non plus être précis. D'autres facteurs influencent la précision, notamment la linéarité.

Dans les systèmes embarqués où des capteurs sont souvent utilisés, il est courant que la mémoire et la vitesse de traitement soient limitées. L'idéal serait d'avoir un capteur avec une sortie linéaire, ce qui vous permettrait d'utiliser une conversion linéaire (qui nécessite le moins de mémoire et de vitesse, et qui est la plus simple à mettre en œuvre).

En réalité, la plupart des capteurs ont une sortie non linéaire, il peut donc être un peu difficile de convertir la sortie en une valeur utilisable, en particulier dans un système embarqué. Il existe des moyens de traiter les sorties non linéaires, dont deux consistent à utiliser une interpolation linéaire par morceaux (également appelée table de consultation) ou une interpolation polynomiale, qui nécessitent toutes deux beaucoup plus de mémoire et de vitesse.

En raison des variations de la sortie non linéaire d'un capteur à l'autre, un étalonnage individuel est parfois nécessaire. Oh, et n'oubliez pas la caractérisation de la température, la polarisation à l'allumage et la dérive. En résumé, une grande précision peut être difficile à atteindre.

Des applications où les capteurs d'inclinaison électrolytiques laissent les accéléromètres dans la poussière

Pour les applications industrielles telles que le nivellement des véhicules récréatifs et la sécurité des véhicules de construction, les capteurs d'inclinaison et les inclinomètres électrolytiques constituent souvent une bien meilleure option que les accéléromètres MEMS.

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