Tìm hiểu chi tiết về cảm biến gia tốc

Khi bạn sử dụng ứng dụng la bàn trên điện thoại, bằng một cách nào đó, điện thoại biết được bạn đang chỉ về hướng nào. Với các ứng dụng ngắm sao cũng vậy, chúng biết được bạn đang chỉ về đâu trên bầu trời để hiển thị các chòm sao tương ứng. Hay như cách màn hình điện thoại tự động xoay theo chiều mà bạn đang xoay điện thoại của mình. Đó là nhờ một cảm biến gia tốc ( hay còn gọi là cảm biến rung, accelerometer), một thiết bị cảm ứng chuyển động dựa theo trục.

Tính năng cảm ứng chuyển động của cảm biến gia tốc có thể được sử dụng để phát hiện động đất, trong các thiết bị y tế như tay giả hoặc các bộ phận nhân tạo khác. Và rất nhiều ứng dụng khác sử dụng cảm biến gia tốc.

Cảm biến gia tốc là gì?

Cảm biến gia tốc (hay còn gọi là cảm biến rung, gia tốc kế, tiếng Anh là accelerometer) là một thiết bị cơ điện được sử dụng để đo lực gia tốc. Đây có thể là lực tĩnh như lực hấp dẫn liên tục. Hoặc là lực động (như trong thiết bị di động) để cảm ứng chuyển động hoặc độ rung.

Trong đó, gia tốc là phép đo sự thay đổi của vận tốc, hoặc tốc độ chia cho thời gian.  Ví dụ, một chiếc ô tô tăng tốc từ vị trí dừng lên 60 dặm / giờ trong sáu giây được xác định là có gia tốc 10 dặm / giờ / giây (60 chia cho 6).

Nguyên lý hoạt động:

Gia tốc kế trông như một mạch điện đơn giản trong các thiết bị điện. Mặc dù có hình dạng khiêm tốn, các cảm biến gia tốc lại chứa rất nhiều phần và hoạt động theo các cách khác nhau, trong đó có hiệu ứng áp điện và cảm biến điện dung.

Hiệu ứng áp điện là dạng phổ biến nhất của cảm biến gia tốc và sử dụng các cấu trúc tinh thể vi mô tạo ra áp lực lên lực gia tốc. Các tinh thể này tạo ra điện áp từ sức ép. Và các cảm biến gia tốc sẽ chuyển đổi giá trị điện áp để xác định vận tốc và hướng.

Còn các gia tốc kế điện dung cảm nhận sự thay đổi điện dung giữa các cấu trúc vi mô nằm kế bên thiết bị. Nếu lực gia tốc di chuyển một trong các cấu trúc này, điện dung sẽ thay đổi và gia tốc kế sẽ chuyển đổi giá trị điện dung đó thành điện áp.

Các gia tốc kế điển hình thường được tạo thành từ nhiều trục. Hầu hết smartphone đều sử dụng cảm biến gia tốc 3 trục. Trong khi xe hơi chỉ sử dụng loại 2 trục đơn giản để xác định moment chuyển động. Độ nhạy của những thiết bị này khá cao vì chúng được thiết kế để đo những thay đổi rất nhỏ của gia tốc.

Ứng dụng của cảm biến gia tốc:

Cảm biến gia tốc được sử dụng rất nhiều cả trong dân dụng lẫn nghiên cứu. Ví dụ, cảm biến accelerometer dùng trong laptop để bảo vệ phần ổ cứng khỏi hư hỏng. Trong trường hợp laptop bị rơi đột ngột khi đang sử dụng, cảm biến gia tốc sẽ cảm nhận được sự thay đổi của gia tốc và tắt ổ cứng để tránh va đập phần đầu đọc vào phần đầu đĩa của ổ cứng. Tương tự, cảm biến gia tốc cũng được sử dụng trong xe hơi để phát hiện va chạm của xe và mở túi khí ngay lập tức.

Một ví dụ khác là gia tốc kế động (dynamic accelerometer) sẽ đo lực hấp dẫn để xác định góc nghiêng của một thiết bị so với Trái đất. Gia tốc kế giúp người dùng hiểu về không gian xung quanh so với một vật tốt hơn. Người dùng có thể xác định xem một vật thể đang di chuyển lên dốc, liệu vật thể đó có bị đổ nếu nó nghiêng thêm nữa. Liệu nó đang bay ngang hay nghiêng xuống. Ví dụ, màn hình điện thoại sẽ xoay về chế độ ngang hoặc dọc theo cách mà bạn nghiêng điện thoại.