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加速度センサの基礎概要

運動計測をするセンサの1種である「加速度センサ」について概要を説明いたします。

ひとくちに加速度センサといっても、実は種類がたくさんあり、それぞれ適している用途が違います。そのため、目的に応じて必要な種類のセンサを選定することが重要となっています。

 

運動計測の種類

物体の運動はとても複雑ですが、すべて3次元の直線運動と回転運動の組み合わせで表すことができます。

運動測定表

 

原理的には上図のセンサ出力を微分・積分することによって、すべての運動状態測定を行うことが可能です。ただし、それぞれの運動データ及びセンサの特徴をキチンととらえていないと、データの信頼性を大きく損なうおそれがあります。

 

運動計測センサの特徴

センサにはそれぞれ得手不得手があります。以下に測定する項目別で利点と欠点をまとめました。同じ測定項目に該当するセンサであっても、種類によって特徴が異なります。そのため必要に応じて、用途に適したセンサを選定することが重要です。

 

測定項目 センサの種類 利点 欠点
位置
  • GPS
  • モーションキャプチャー等
位置がダイレクトに測定できる。 定点(基準点)が必要。定点から測定できる範囲に限りがある。
加速度
  •  半導体 加速度センサ
重力加速度が測定できる。傾斜測定が可能。 センサ出力に重力加速度が加わるため、純粋な運動加速度の測定は難しい。
  •  圧電型 加速度センサ
純粋な運動成分の検出ができる。 重力加速度の検出ができない。ゆっくりした動作の測定は苦手。
角度
  •  磁気センサ
基準点なしで角度情報が得られる。 応答性が良くない。運動成分検出は困難。
  •  ロータリーエンコーダ
高精度に角度情報が得られる。重力や磁気の影響がないので取りつけ方向が自由。 回転の中心に設置が必要。
角速度
  •  機械式ジャイロ
高精度に角速度情報が得られる。 サイズが大きい。
  •  振動ジャイロ
取りつけ位置の自由度が高い。取りつけ半径は関係なく、方向のみ注意すれば良い。 応答速度がやや遅く、動作に追従できない場合がある。

 

加速度センサの種類

加速度センサの種類を一覧にいたしました。一般的に、小型・電子デバイスへ主に採用されているのが「圧電型」「ピエゾ抵抗型」「静電容量型」となっています。

加速度センサ種類

主な加速度センサの特徴

加速度センサのうち、主だった3種類について特徴をまとめました。

 

種類 サイズ 価格 精度 検出周波数 加速度レンジ 主な用途
低周波 高周波
圧電型 × 衝撃検出(エアバック衝突評価)
ピエゾ抵抗型 携帯機器
静電容量型 自動車 車体制御

 

同じ加速度センサでも種類によってそれぞれ特徴がありますので、用途に応じて選定することが重要です。

圧電型高い周波数計測・高い加速度(衝撃)の計測向きです。自動車の衝突検知や機器の振動計測、落下試験などに使われています。

ピエゾ抵抗型小型機器向けです。MEMS技術で大量生産向きのため、ゲームや携帯機器に使われています。

静電容量型低い加速度での計測に向いています。自己診断機能が実現しやすく、自動車 車体制御に使われています。

 

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監修:マイクロストーン株式会社マイクロストーン英字のみ