가속도계와 틸트 센서의 차이점은 무엇입니까?

기울기 센서를 둘러싼 용어는 혼란스러울 수 있으며, "가속도계와 경사계의 차이점은 무엇인가요?", "가속도계를 기울기 센서로 사용할 수 있나요?"와 같은 질문을 가장 많이 듣습니다.

TLDR: 가속도계는 때때로 기울기를 측정하는 데 사용되지만 진동이 존재하는 최종 사용 환경에서는 (기울기 측정에) 신뢰할 수 없는 경우가 많습니다. 또한 움직이는 부품이 있기 때문에 마모될 수 있으며, 시간이 지남에 따라 출력 드리프트가 발생할 수 있습니다. 또 다른 일반적인 문제는 턴온 바이어스로 인해 반복성이 낮고 정확도가 낮은 기울기 측정을 초래합니다.

이 게시물에서는 애플리케이션에 적합한 센서를 구매할 때 도움이 될 수 있도록 간단한 설명을 제공합니다.

가속도계란 무엇인가요?

가속도계는 당연히 가속도를 측정합니다! 하지만 진동, 충격, 기울기(경사)를 측정하는 데도 사용됩니다. 가속도계는 지구 중력으로부터 받는 가속도(학교를 다닌 지 오래되지 않은 분들의 경우 약 9.^8m/s2 )를 보고 기울기를 측정합니다. 가속도계는 부착된 물체가 움직이지 않을 때 가장 신뢰할 수 있는 측정값을 제공하므로 자이로스코프와 같은 다른 센서와 함께 사용하여 이러한 오류를 보정하는 경우가 많습니다.

MEMS(미세 전자 기계 시스템) 기반 가속도계는 크기가 작고 비용이 저렴하며 통합이 상대적으로 용이하기 때문에 기울기 측정에 가장 일반적으로 사용됩니다.

경사계란 무엇인가요?

경사계(기울기 센서라고도 함)에는 정확도가 낮은 기계식 볼 뱅크 및 버블 센서부터 정확도가 높은 액체 정전용량식 및 매우 민감한 힘 균형 센서에 이르기까지 다양한 유형이 있습니다. MEMS 가속도계와 마찬가지로 MEMS 경사계는 작은 크기, 저렴한 비용, 간단한 통합 등 여러 가지 이유로 인기가 있지만, MEMS 기술은 움직이는 부품에 의존하기 때문에 유체 기반 전해질 센서에 비해 훨씬 빨리 마모되는 경향이 있습니다.

프레드릭스의 전해질 틸트 센서는 저항성 유체 기반 장치로, 중력을 기준으로 센서의 기울기 각도에 비례하는 출력 전압을 제공합니다(유체의 위치에 따라). 일반적인 틸트 센서에는 유체 내부로 확장되는 여러 개의 고정 전극이 있으며, 위치는 전극 사이의 유체 저항으로 측정됩니다.

센서는 PCB 또는 인쇄 회로 기판에 장착되고 센서 출력은 ADC 또는 아날로그-디지털 컨버터에 연결됩니다. ADC의 판독값은 마이크로컨트롤러에 의해 처리되어 사용자 친화적인 출력으로 변환되며, 이 전체 어셈블리를 프레데릭스에서는 경사계라고 부릅니다.

기울기 측정을 위한 가속도계의 장단점

가속도계를 기울기 측정에 사용하는 주요 장점은 상대적으로 저렴하고 크기가 작으며 편리한 방식(표면 실장 및 픽 앤 플레이스 등)으로 패키징되는 경우가 많아 상업용 애플리케이션에 매력적인 옵션이라는 점입니다.

단점은 가속도를 측정하도록 설계되었기 때문에 정확도가 떨어진다는 것입니다. 전해질 기울기 센서와 동일한 정확도를 얻으려면 가속도계의 비용이 크게 증가하며, 움직이는 부품으로 인해 시간이 지남에 따라 출력 드리프트 및 하드웨어 고장 문제가 여전히 존재합니다.

정확도의 다양한 요소 이해

아래는 반복성과 정확성 사이의 관계를 나타내는 다이어그램입니다. 다이어그램을 보면 기울기 센서나 경사계와 같이 반복할 수 없는 것은 정확도도 떨어질 수 있음을 알 수 있습니다. 정확도에 영향을 미치는 다른 요소들, 특히 선형성이 있습니다.

센서를 자주 사용하는 임베디드 시스템에서는 메모리와 처리 속도가 제한되는 것이 일반적입니다. 이상적으로는 선형 출력을 가진 센서가 있어 선형 변환(메모리와 속도가 가장 적게 필요하고 구현이 가장 간단함)을 사용할 수 있는 것이 좋습니다.

실제로 대부분의 센서는 비선형 출력을 가지므로 특히 임베디드 시스템에서 출력을 사용 가능한 값으로 변환하는 것이 다소 어려울 수 있습니다. 비선형 출력을 처리하는 방법에는 두 가지가 있는데, 그 중 하나는 조각별 선형 보간(룩업 테이블이라고도 함) 또는 다항식 보간을 사용하는 것인데, 이 두 가지 모두 훨씬 더 많은 메모리와 속도를 필요로 합니다.

비선형 출력은 센서마다 차이가 있기 때문에 개별 보정이 필요한 경우가 있습니다. 온도 특성화, 턴온 바이어스, 드리프트도 잊지 마세요. 결론은 높은 정확도를 달성하기 어렵다는 것입니다.

전해질 기울기 센서가 가속도계를 먼지 속에 방치하는 애플리케이션

RV 레벨링 및 건설 차량 안전과 같은 산업용 애플리케이션의 경우 전해질 기울기 센서와 경사계가 MEMS 가속도계보다 훨씬 더 나은 옵션인 경우가 많습니다.

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