Qu’est-ce qu’un accéléromètre 3 axes ?
Les accéléromètres 3 axes sont des capteurs qui mesurent l’accélération dans les directions X, Y et Z.
L’accélération est décrite dans les lois du mouvement de Newton (deuxième loi) comme suit : “Lorsqu’un objet est soumis à une force extérieure F, une accélération a proportionnelle à l’ampleur de la force F et inversement proportionnelle à la masse m de l’objet est générée dans la direction de la force”. L’expression mathématique est “F = ma”. En termes simples, l’accélération est “l’ampleur du changement de vitesse sur une période de temps donnée”.
Les accéléromètres ou capteurs d’accélération mesurent l’accélération et traitent le signal pour détecter le mouvement, la vibration ou l’impact d’un objet. Ils peuvent également mesurer la gravité, de sorte que l’inclinaison peut également être détectée lorsque la gravité est calculée. Les accéléromètres comprennent les capteurs piézoélectriques, piézo-résistifs et capacitifs, qui sont sélectionnés en fonction de l’application.
Utilisations des accéléromètres 3 axes
Les accéléromètres 3 axes sont aujourd’hui utilisés dans un grand nombre d’équipements. Parmi les exemples d’applications, on peut citer les appareils suivants :
1. Téléphones mobiles
Ils sont utilisés pour changer l’orientation de l’écran en détectant la longueur et la largeur, et pour compter sur un podomètre.
2. Contrôleurs de jeux
Utilisées pour détecter les mouvements de la manette.
3. Voitures
Utilisés pour détecter la position du corps du véhicule due à l’accélération/décélération et à la charge, par exemple dans l’ABS et la suspension à commande électronique. Il est également utilisé dans la détection des collisions par airbag.
4. Robots
Utilisé pour contrôler la position et l’attitude des robots.
Principe des accéléromètres 3 axes
Les principaux types de capteurs d’accélération accéléromètres 3 axes sont piézorésistifs, piézoélectriques et capacitifs. Les principes de chacun d’entre eux sont décrits ci-dessous.
1. Accéléromètres 3 axes piézo-résistifs
Les capteurs d’accélération piézo-résistifs utilisent un phénomène connu sous le nom d’effet piézo-résistif, dans lequel la résistance change lorsqu’une force est appliquée à un élément piézo-résistif. Un élément piézo-résistif est placé à la jonction de la partie mobile et de la partie fixe de l’élément du capteur, et lorsqu’une accélération est appliquée, une force est appliquée à l’élément piézo-résistif à partir de la partie mobile, ce qui entraîne une modification de la valeur de la résistance. L’accélération est détectée à partir de ce changement de valeur de résistance.
2. Accéléromètres piézoélectriques 3 axes capteur d’accélération
Les capteurs d’accélération piézoélectriques utilisent l’effet piézoélectrique, un phénomène par lequel une force appliquée à un objet piézoélectrique provoque une polarisation et une tension. Un élément piézoélectrique est placé à la jonction de la partie mobile et de la partie fixe de l’élément du capteur et, en cas d’accélération, une force est appliquée à l’élément piézoélectrique depuis la partie mobile, générant une charge électrique. L’accélération est détectée à partir des variations de cette charge.
3.Accéléromètres 3 axes de type capacitif
Il détecte l’accélération en utilisant les changements de capacité entre les électrodes. À l’intérieur de l’élément de détection se trouvent des électrodes fixes et mobiles. Lorsqu’une accélération est appliquée, les électrodes mobiles se déplacent, de sorte que l’écart entre elles et les électrodes fixes change et que la capacité entre les électrodes change. L’accélération est détectée à partir de ce changement de capacité.
Utilisations des accéléromètres 3 axes
Les accéléromètres 3 axes sont des appareils relativement compacts et faciles à utiliser. C’est pourquoi ils sont de plus en plus utilisés dans le domaine de l’analyse du mouvement humain.
Exemple 1 : mesure de l’accélération 3 axes appliquée au genou pendant la marche
Des accéléromètres 3 axes sont fixés au genou pour recueillir des données sur l’accélération pendant la marche.
Exemple 2 : Mesure des différences fonctionnelles gauche-droite dans les membres inférieurs et de la susceptibilité des membres inférieurs aux blessures
Des accéléromètres 3 axes sont attachés à la surface latérale des articulations des genoux des deux pieds et fixés en place. L’amplitude maximale d’un pied sur la plaque instable est mesurée.
Les résultats suivants peuvent être obtenus à partir de ce qui précède :
Résultat 1 : Accélération appliquée au genou
Lors d’une mesure avec des accéléromètres 3 axes, l’accélération peut être mesurée simultanément pour chacun des mouvements suivants : élévation et abaissement du genou, mouvement vers l’avant et vers l’arrière, et mouvement latéral. Si les accélérations sur 3 axes ci-dessus sont mesurées simultanément sur les deux jambes, il est également possible de mesurer les différences dans les valeurs d’impact du genou gauche et du genou droit, ainsi que l’équilibre gauche-droite pendant la marche.
Résultat 2 : cycle de marche
Le cycle de marche peut être calculé en mesurant le temps pendant lequel le talon touche le sol lors de la marche. Le calcul du cycle de marche permet également de calculer la valeur moyenne et la distribution du cycle de marche.
Résultat 3 : Fonction d’absorption des chocs
En mesurant le temps écoulé entre le moment où le pied touche le sol et celui où l’accélération devient nulle, il est possible de mesurer la capacité du genou à absorber les chocs.
Algorithme du podomètre utilisant des accéléromètres 3 axes
L’algorithme de reconnaissance du nombre de pas effectués par un podomètre à accéléromètres 3 axes comprend les exemples de calcul suivants Seule la valeur composite des 3 axes est utilisée pour la détection du nombre de pas, car si les axes X, Y et Z sont référencés à leurs valeurs respectives, cela dépendrait de la direction vers laquelle le capteur est orienté.
La première étape consiste à calculer les valeurs composites des 3 axes pour la marche et les valeurs de l’axe XYZ. Si le capteur est déplacé vers l’avant, l’arrière, la gauche, la droite ou en diagonale, la valeur composite des 3 axes sera une valeur en dehors de 1G pendant le mouvement initial. Le moment où la valeur composite des 3 axes s’écarte de 1G est reconnu et traité comme le nombre de pas effectués. Bien que la façon de marcher diffère d’une personne à l’autre, la valeur composite triaxiale est généralement inférieure à 1G, puis supérieure à 1G. En comptant le cycle, le nombre de pas peut être détecté lorsque l’on marche lentement ou que l’on court.