Hareket halindeki bir cisim şoka (sarsılmaya) ve titreşime maruz kalabilir. Bunlara örnek verirsek; cep telefonu düşüp yere çarparsa bu şok iken, bir aracın engebeli yolda gitmesi titreşimdir. Böyle darbelerde cisim zarar görebilir. Ama cam, çanak, çömlek gibi hassas parçalar uygun şekilde paketlenirse şiddetli şok ve titreşime dayanabilirler. Peki bir sistemin darbelere dayanıp dayanamayacağını önceden nasıl bilebiliriz? Bazı titreşimler istenirken bazıları rahatsız edici ya da yıkıcı olabilir. Bu yüzden titreşimin büyüklüğünü ölçmek ve önlemek için nedenlerini anlamak gerekmektedir.

Bir sistemin şoka ve titreşime dayanma yeteneği, sistemin ‘g’ seviyesi ile ölçülür. Bu seviyeyi ölçmek için de ivmeölçerler kullanılır.

İvmeölçer, mekanik uyartıma ya da eylemsizlik kuvvetine bağlı olarak oluşan fiziksel ivmeyi ölçen bir sensördür. İvmelenme, hızın zamana göre değişimidir. Hızın ne kadar hızlı değiştiğine göre artar. Yönü ve genliği olan bir vektör büyüklüktür. İvmeölçer; titreşim, dönme, eğim, çarpışma (şok) ve yer çekimi ölçmek için kullanılabilir. Ölçüm birimi g, yer çekimi ivmesi değeri olan 9.81 m/s2 dir.

İVMEÖLÇER ÇALIŞMA İLKESİ İVMEÖLÇER NEDİR?

İvmeölçer mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir sensördür. İvmeölçerin çalışma ilkesi Newton yasalarını kullanan mekanik modeli incelendiğinde daha kolay anlaşılabilir. Algılayan parça temel olarak bir merkez (sismik) kütleden (proof mass – deney kütlesi) oluşur. Merkez kütle yaylarla kılıfa tutturulmuştur. Ayrıca sistemin doğal frekansında salınmaması için, bir sönümleyici (amörtisör) eklenerek sönümlenme etkisi sağlanmıştır. Sönümleyici de seri ya da paralel olarak ana kütle ve kılıf arasındadır. Tüm bu sistem kalıp halinde ivmesi ölçülmek istenen gövdeye yerleştirilir.

İvmeölçerin Mekanik Modeli
İvmeölçerin Mekanik Modeli

Sistemde doğrusal ivme olursa ana kütlede;

F = m (kütle) x a (ivme) kuvveti görülür.

Bu kuvvet merkez kütlede sapmaya neden olur. Bu sapma da çeşitli yöntemlerle algılanarak elektriksel sinyale dönüştürülür.

Yay-kütle-sönümleyici sistemi olarak tanımlayabileceğimiz ivmeölçere kuvvet uygulandığında merkez kütle hareket eder ve bu harekete yay ve sönümleyici karşı koyar.

Böylece:

m: gövdenin ana kütlesi

x: merkez kütlenin çerçeveye göre bağıl hareketi

c: sönümlenme katsayısı

k: yay sabiti

ise merkez kütledeki toplam kuvvet sıfıra eşittir.

ma + Fd + Fs = 0

ma = – Fd – Fs

ma = – cẋ – kx

a = – (c/m)ẋ – (k/m)x

Yay-Kütle-Sönümleyici Sistemi
Yay-Kütle-Sönümleyici Sistemi

Böylece, sönümlenme katsayısı (c), yay sabiti (k) ve ana kütlenin (m) bilinmesi, sensörün bağlı olduğu, hareket eden bir parçanın ivmesini ölçmek için yeterlidir.

Yer değiştirme ve ivme, temel ölçekleme yasalarıyla bağlantılıdır. Daha yüksek rezonans frekansı, daha düşük yer değiştirme ya da daha düşük hassasiyet anlamına gelir.

İvme Ölçerin Kullanım Alanları

İvmeölçerler hem akademik hem de endüstriyel alanda oldukça çok kullanılmaktadır. Otomotivde hava yastığı sensöründen köprüdeki titreşimi ölçmeye, çok sayıda uzay ve askeri uygulamalarda kullanılmaktadır. Statik ivme (yer çekimi), nesnenin eğimi, dinamik ivme, şok, hız ve nesnenin titreşimi ivmeölçerlerle ölçülebilir. Son zamanlarda da akıllı telefonlarda, diz üstü bilgisayarlarda, çamaşır makinelerde vb. kullanılmaktadır.

Bir sonraki yazıda ivmeölçerlerin çeşitlerinden bahsedeceğiz.

 Kaynak: http://www.engineersgarage.com/articles/accelerometer