شتاب سنج ترمومتر (Thermal Accelerometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
شتاب سنج ترمومتر (Thermal Accelerometer) :
شتاب سنج ترمومتر (یا همرفت حرارتی) یک نوع خاص و غیرمعمول از شتاب سنج است که بر اساس جابجایی یک حباب هوای گرم در اثر شتاب کار می کند. این سنسورها جرم اثبات مکانیکی ندارند و کاملا حالت جامد (solid-state) هستند، که آنها را در برابر شوک های بسیار بالا مقاوم می سازد. اصل کار بر این پایه است: یک بخاری کوچک (هیتر) در مرکز یک محفظه کوچک پر از گاز (معمولا هوا یا گاز بی اثر) قرار دارد. در حالت بدون شتاب، یک توزیع دمایی متقارن حول بخاری ایجاد می شود. دو یا چند سنسور دما (ترموپایل) در اطراف بخاری قرار گرفته اند.
وقتی شتاب به سنسور اعمال می شود، گاز گرم شده (با چگالی کمتر) نسبت به گاز سردتر جابجا می شود. این جابجایی به دلیل شتاب (مشابه اثر شناوری) رخ می دهد. در نتیجه، توزیع دما نامتقارن می شود: یک طرف گرم تر و طرف مقابل سردتر می شود. ترموپایل ها این اختلاف دما را حس کرده و ولتاژ خروجی متناسب با شتاب تولید می کنند. جهت شتاب (علامت) نیز از روی اینکه کدام ترموپایل گرم تر است مشخص می شود.
ساختار معمولا شامل یک بستر سیلیکونی است که یک حفره در آن اچ شده و با گاز (یا خلاء) پر شده است. بخاری و ترموپایل ها روی دیواره ها یا پل های نازک سیلیکونی (برای عایق کاری حرارتی بهتر) ساخته می شوند. زمان پاسخ این سنسورها نسبتا کند است (چند میلی ثانیه) زیرا به انتشار حرارت وابسته است.
\[ \Delta T \propto a \quad , \quad V_{out} = S \times \Delta T \propto a \]مزایا:
مقاومت در برابر شوک بسیار بالا: چون قطعه متحرک مکانیکی ندارد، می تواند شتاب های تا ۵۰٬۰۰۰ g را تحمل کند.
هزینه پایین: فرآیند ساخت ساده تری نسبت به برخی MEMS دیگر دارد.
محدوده دینامیکی خوب.
معایب:
پهنای باند محدود: معمولا تا چند صد هرتز.
توان مصرفی بالاتر نسبت به شتاب سنج های خازنی (به دلیل نیاز به بخاری).
حساسیت به دمای محیط (نیاز به جبران سازی).
کاربردها: عمدتا در کاربردهایی که نیاز به تحمل شوک های بسیار بالا دارند، مانند سنسورهای کیسه هوای خودرو (تشخیص تصادف شدید)، تجهیزات نظامی (پرتابه ها)، و ورزش های پربرخورد. به دلیل پهنای باند کم، برای اندازه گیری ارتعاشات با فرکانس بالا مناسب نیستند. این نوع شتاب سنج نسبت به دو نوع دیگر کمتر رایج است.
