加速度センサーと傾斜センサーの違いは？

傾斜センサーを取り巻く用語は混乱することが多く、「加速度センサーと傾斜計の違いは何か」「加速度センサーを傾斜センサーとして使えるか」といった質問をよく受けます。

TLDR: 加速度ピックアップは傾きを測定するために使われることがありますが、振動がある最終用途では（傾きを測定するための）信頼性に欠けることがよくあります。また、可動部品があるため磨耗し、時間の経過とともに出力のドリフトが発生することがあります。また、ターンオンバイアスという問題もあり、再現性が低く、精度の低い傾斜測定になってしまう。

この記事では、お客様のアプリケーションに適したセンサーを購入する際に役立つ、簡単な説明を提供します。

加速度センサーとは何ですか？

加速度ピックアップは、ご存知の通り、加速度を測定するものです。しかし、振動や衝撃、傾き（傾斜）を測るのにも使われる。加速度計は、地球の重力から受ける加速度（～9.8m/s2）を見て、傾きを測定します。このため、加速度センサーは、ジャイロスコープなど他のセンサーと組み合わせて、誤差を補正して使用されることがよくあります。

MEMS（Micro Electro Mechanical System）ベースの加速度ピックアップは、小型・低コストで比較的容易に組み込むことができるため、傾き測定に最もよく使用されています。

傾斜計とは？

傾斜計（チルトセンサーとも呼ばれる）には、低精度の機械式ボールバンクや気泡センサーから、高精度の液体静電容量式や非常に感度の高いフォースバランスセンサーまで、さまざまなタイプがあります。MEMS加速度センサと同様に、MEMS傾斜計も多くの同じ理由（小型、低コスト、シンプルな統合）で人気がありますが、MEMS技術は可動部品に依存しているため、液体ベースの電解センサよりもはるかに早く摩耗する傾向があります。

フレデリックの電解式傾斜センサーは抵抗性流体ベースのデバイスであり、センサーは重力に対するセンサーの傾斜角度に比例した出力電圧を提供します（流体の位置に基づく）ことを意味します。一般的な傾斜センサーは、流体中に伸びる複数の固定電極を持ち、その間の流体の抵抗値によって位置を測定する。

センサーはPCB（プリント基板）に取り付けられ、センサー出力はADC（アナログ／デジタル変換器）に接続されます。ADCからの読み取りはマイクロコントローラーで処理され、ユーザーフレンドリーな出力に変換されます。このアセンブリ全体が、フレデリックスで傾斜計と呼ばれるものです。

傾き測定用加速度センサーの長所と短所

加速度ピックアップを傾き測定に使用する主な利点は、比較的安価でサイズが小さく、便利な方法でパッケージ化されていることが多い（表面実装やピックアンドプレースを考えてください）ため、商業用途では魅力的な選択肢となります。

しかし、加速度センサーは加速度を測定するために設計されているため、精度は低くなります。電解式傾斜センサと同じ精度を得るためには、加速度センサのコストが劇的に上昇し、可動部品のために出力ドリフトやハードウェアの経年劣化の問題が残ります。

精度のさまざまな要素を理解する

下図は、再現性と精度の関係を表したものです。この図から、（傾斜センサや傾斜計のように）再現性がないものは、精度もないことがわかります。精度に影響を与える要因は他にもあり、特に直線性が重要です。

センサを多用する組込みシステムでは、メモリや処理速度に制限があることが一般的です。理想的には、リニア出力のセンサーを用意し、リニア変換（最もメモリと速度が必要なく、実装が簡単）を使用できるようにすることです。

実際には、ほとんどのセンサーは非線形出力を持っているので、特に組み込みシステムにおいて、出力を使用可能な値に変換するのは少し難しいかもしれない。非線形出力に対応する方法として、区分線形補間（ルックアップテーブルとも呼ばれる）と多項式補間の2つがあるが、いずれもメモリと速度が大幅に増加する。

センサーごとに非線形出力にばらつきがあるため、個別の校正が必要な場合があります。また、温度特性、ターンオンバイアス、ドリフトも忘れてはいけません。要するに、高精度を実現するのは難しいということです。

電解式傾斜センサが加速度センサを置き去りにするアプリケーション

RVのレベリングや 建設車両の安全性などの産業用途では、MEMS加速度センサよりも電解式傾斜センサや傾斜計の方がはるかに優れた選択肢であることが多い。

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