Акселерометр — это устройство, которое измеряет правильное ускорение объекта . [1] Правильное ускорение — это ускорение (скорость изменения скорости ) объекта относительно наблюдателя , находящегося в свободном падении (то есть относительно инерциальной системы отсчета ). [2] Правильное ускорение отличается от координатного ускорения, которое представляет собой ускорение относительно заданной системы координат , которое может быть ускорением, а может и не быть. Например, акселерометр, покоящийся на поверхности Земли, будет измерять ускорение силы тяжести Земли прямо вверх [3] примерно g ≈ 9,81 м/с 2 . Напротив, акселерометр, находящийся в свободном падении, будет измерять нулевое ускорение.
Акселерометры находят множество применений в промышленности, потребительских товарах и науке. Высокочувствительные акселерометры используются в инерциальных навигационных системах самолетов и ракет. В беспилотных летательных аппаратах акселерометры помогают стабилизировать полет. Акселерометры микромашинных микроэлектромеханических систем (МЭМС) используются в портативных электронных устройствах, таких как смартфоны , камеры и контроллеры видеоигр, для обнаружения движения и ориентации этих устройств. Вибрация в промышленном оборудовании контролируется акселерометрами. Сейсмометры — это чувствительные акселерометры для мониторинга движений грунта, таких как землетрясения.
Когда два или более акселерометров скоординированы друг с другом, они могут измерять разницу в собственном ускорении, особенно гравитации, при их разделении в пространстве, то есть градиент гравитационного поля . Гравитационная градиентометрия полезна, поскольку абсолютная гравитация представляет собой слабый эффект и зависит от локальной плотности Земли, которая весьма изменчива.
Одноосный акселерометр измеряет ускорение вдоль заданной оси. Многоосный акселерометр определяет как величину, так и направление собственного ускорения как векторную величину и обычно реализуется в виде нескольких одноосных акселерометров, ориентированных по разным осям.
Акселерометр измеряет правильное ускорение , то есть ускорение, которое он испытывает относительно свободного падения, и ускорение, ощущаемое людьми и объектами. [2] Другими словами, в любой точке пространства-времени принцип эквивалентности гарантирует существование локальной инерциальной системы отсчета , и акселерометр измеряет ускорение относительно этой системы отсчета. [4] Такие ускорения обычно обозначаются как перегрузка ; т. е. по сравнению со стандартной гравитацией .
Акселерометр, находящийся в состоянии покоя относительно поверхности Земли, покажет примерно 1 г вверх , поскольку поверхность Земли оказывает нормальную силу, направленную вверх относительно местной инерциальной системы отсчета (рамки свободно падающего объекта вблизи поверхности). Чтобы получить ускорение из-за движения относительно Земли, это «смещение гравитации» необходимо вычесть и внести поправки на эффекты, вызванные вращением Земли относительно инерциальной системы отсчета.