Итак, разберемся что-таки показывает аксель. Для начала решим пару физических задачек:
1. Дана коробка массой , которую тянут силой в поле тяжести Земли. Найти ускорение коробки.
Записываем 2 з.Н.:
, отсюда ответ
. Стоит отметить, что может быть суперпозицией всех сил, действующих на тело, за исключением гравитационной.
2. Внутри коробки массы , двигающейся с ускорением , на нитке подвешен шарик . Найти силу , с которой нитка действует на подвес.
Возьмем мех.сист. - шарик и сист.отсчета - коробку. Пусть система пришла в устойчивое состояние, тогда шарик покоится относительно сист.отсчета. Поскольку система движется равноускоренно, то присутствует сила инерции, действующая на любой объект, равная . Запишем 2 з.Н. с учетом этого момента:
, где по формулам
, тогда
. По 3 з.Н. , => ответ
Теперь остановимся и проанализируем результаты. Во-первых, задачки отображают работу наипростейшего акселлерометра. Во-вторых, сила действия на опору никак не зависит от силы тяжести. В-третьих, можно получить интересное выражение для вектора ускорения системы (используя ), в котором неизвестных больше одного.
Поскольку традиционно аксели имеют измеритель только на одно направление, получим выражение проекции на ось измерения.
Обычно перегрузку выражают в долях , то и аксели выдают отношение текущего воздействия к планируемому в состоянии покоя, т.е.
Для трехосевого акселлерометра возможен переход обратно к векторному представлению:
Теперь немножко теории о том, как полученными данными можно воспользоваться.
Во-первых, показания датчика можно представить в виде разложения вектора ускорения в ПДСК:
Если , то можно с полной уверенностью заявить, что аксель движется ускоренно либо против направления , либо по направлению с ускорением .
Если , то аксель находится в свободном падении (вытекает из )
Во-вторых, инклинометр. Положим коробку из первой задачки на стол, тогда 2 з.Н. , где как раз и является внешней негравитационной силой, в таком случае и , => , т.е. при наличии опоры мы можем абсолютно точно показать направление
В-третьих, все остальные случаи неоднозначны, что вытекает из .
P.S. Конструктивная критика приветствуется