Акселерометры и гироскопы. Вибрационные и хроматографические сенсоры

Краткие итоги

Обязательными элементами акселерометров являются инертная масса (ротор), преобразующая ускорение в перемещение (поворот), упругий элемент, обеспечивающий линейность преобразования, и демпфер, блокирующий возникновение длительного колебательного процесса.

На объектах, которые не являются строго инерциальными и могут менять свою ориентацию в пространстве (самолеты, ракеты, автомобили, ...), оказывается необходимым надежное "опорное" направление, относительно которого и надо отсчитывать как ускорение, так и скорости и углы крена или поворота. Такое опорное направление в пространстве задают гироскопы, главным элементом которых является быстро вращающийся ротор или быстроколеблющийся вибратор. Они в соответствии с законом инерции сохраняют свою ориентацию в пространстве, если влияние на них объекта, на котором они установлены, сведено к минимуму. Это достигается с помощью специальных технических решений (карданов подвес, аэродинамическая, магнитная, электростатическая подвеска, ...). Акселерометр может быть установлен на рамке гироскопа, сохраняющей свою ориентацию в пространстве, либо его показания могут быть пересчитаны относительно любой системы координат с помощью концепции "виртуальной инерциальной платформы".

Применение микросистемных технологий позволило изготавлнвать достаточно чувствительные акселерометры, гироскопы и совмещенные гироскопы-акселерометры в небольших габаритах вместе с необходимыми для проведения измерений электронными схемами. Промышленно выпускаются одно-, двух- и трехосные акселерометры и гироскопы-акселерометры, в том числе интеллектуальные, способные выполнять множество сервисных функций.

В вибрационных сенсорах первичным информационным сигналом является изменение состояния механических колебаний тела или системы тел. В ХХ в. вибрационные сенсоры на пьезоэлементах широко использовали для построения микровесов, газовых сенсоров, сенсоров малых давлений и сил, виброметров. За последние десятилетия разработаны еще более чувствительные и эффективные микроэлектронные вибрационные сенсоры на кантилеверах. Введение в состав вибрационного сенсора встроенного микропроцессора, памяти и матричного дисплея позволило выполнять непосредственно в сенсоре спектральный анализ механических колебаний и выводить на дисплей не только требуемые интегральные параметры колебаний, но и их частотные спектры. Виброанализаторы стали эффективным средством вибродиагностики, позволяя наглядно увидеть частотную структуру колебаний контролируемых объектов, связанную с основными механическими движениями отдельных их узлов и деталей, быстро выявить источник нежелательных или полезных изменений. Проводимый с их помощью профилактический виброконтроль позволяет экономить значительные средства, предотвращая аварии, брак и аварийный простой дорогого технического оборудования и производственных линий.

Значительное развитие в последние десятилетия получили и хроматографические сенсоры, позволяющие анализировать и контролировать состав сложных смесей веществ, имеющих близкие физико-химические свойства. В них при переносе контролируемой пробы с помощью подвижной фазы (жидкость или газ) сквозь неподвижный сорбент происходит пространственное разделение компонентов смеси. Появились портативные интеллектуальные хроматографы, позволяющие не только формировать и выводить на дисплей в любом заданном формате хроматограммы, но также проводить калибровку устройств хроматографа, запоминать её результаты, с их учетом интерпретировать хроматограммы, рассчитывать и выводить интересующие пользователя результаты анализа, автоматически проводить многие варианты заранее предписанных программой анализов с производительностью до 1000 анализов за смену. Процесс миниатюризации и совершенствования хроматографических сенсоров только начался.