Un accelerometro è uno strumento progettato per misurare la corretta accelerazione di un oggetto. L'accelerazione corretta è definita come il tasso di variazione della velocità di un oggetto rispetto a un osservatore in caduta libera, che costituisce un sistema di riferimento inerziale. Ciò differisce dall'accelerazione delle coordinate, che viene misurata rispetto a un sistema di coordinate potenzialmente in accelerazione. Ad esempio, un accelerometro fermo sulla superficie terrestre rileverà un'accelerazione verso l'alto di circa g (9,81 m/s2) dovuta alla gravità. Al contrario, un accelerometro in caduta libera registrerà un'accelerazione pari a zero.
Un accelerometro è un dispositivo che misura la corretta accelerazione di un oggetto. L'accelerazione corretta è l'accelerazione (il tasso di variazione della velocità) dell'oggetto rispetto a un osservatore che è in caduta libera (cioè rispetto a un sistema di riferimento inerziale). L'accelerazione corretta è diversa dall'accelerazione delle coordinate, che è l'accelerazione rispetto a un dato sistema di coordinate, che può o meno accelerare. Ad esempio, un accelerometro fermo sulla superficie della Terra misurerà un'accelerazione dovuta alla gravità terrestre verso l'alto di circa g ≈ 9,81 m/s§45§. Al contrario, un accelerometro in caduta libera misurerà un'accelerazione pari a zero.
Gli accelerometri altamente sensibili sono componenti integrali dei sistemi di navigazione inerziale utilizzati negli aerei e nei missili. Nei veicoli aerei senza pilota (UAV), questi dispositivi contribuiscono alla stabilizzazione del volo. Gli accelerometri dei sistemi microelettromeccanici microlavorati (MEMS) sono ampiamente integrati in dispositivi elettronici portatili, come smartphone, fotocamere e controller di videogiochi, per accertare il movimento e l'orientamento del dispositivo. Inoltre, gli accelerometri vengono abitualmente utilizzati per monitorare le vibrazioni nei macchinari industriali. I sismometri, che sono accelerometri sensibili specializzati, vengono utilizzati per rilevare movimenti del terreno come i terremoti.
Quando più accelerometri sono sincronizzati, possono quantificare le variazioni nell'accelerazione corretta, in particolare le forze gravitazionali, attraverso la loro separazione spaziale, determinando così il gradiente del campo gravitazionale. La gradiometria della gravità si rivela preziosa perché l'effetto gravitazionale assoluto è intrinsecamente debole e influenzato dalla densità locale altamente variabile della Terra.
Un accelerometro ad asse singolo è progettato per misurare l'accelerazione esclusivamente lungo un asse designato. Al contrario, un accelerometro multiasse accerta sia l'entità che la direzione dell'accelerazione corretta, trattandola come una quantità vettoriale e in genere comprende più accelerometri a asse singolo allineati lungo assi distinti.
Principi fisici fondamentali
Un accelerometro quantifica l'accelerazione corretta, definita come l'accelerazione sperimentata rispetto alla caduta libera, che corrisponde all'accelerazione percepita da individui e oggetti. In altre parole, il principio di equivalenza garantisce la presenza di un sistema di riferimento inerziale locale in qualsiasi punto dello spaziotempo e un accelerometro misura l'accelerazione rispetto a questo sistema di riferimento specifico. Queste accelerazioni sono comunemente chiamate forza g, a significare un confronto con la gravità standard.
Un accelerometro stazionario sulla superficie terrestre registrerà un'accelerazione di circa 1 g verso l'alto. Ciò si verifica perché la superficie terrestre esercita una forza normale verso l'alto rispetto al sistema di riferimento inerziale locale, che è il sistema di riferimento di un oggetto in caduta libera vicino alla superficie. Per determinare con precisione l'accelerazione risultante dal movimento rispetto alla Terra, questo "offset di gravità" intrinseco richiede una sottrazione e devono essere applicate ulteriori correzioni per gli effetti derivanti dalla rotazione della Terra rispetto al telaio inerziale.
Il fenomeno dello spostamento gravitazionale deriva dal principio di equivalenza di Einstein, il quale postula che gli effetti della gravità su un oggetto sono indistinguibili da quelli dell'accelerazione. Quando un accelerometro viene mantenuto stazionario all'interno di un campo gravitazionale, ad esempio, da una forza di reazione al suolo o da una spinta equivalente verso l'alto, il suo sistema di riferimento interno (il suo involucro) accelera verso l'alto rispetto a un sistema di riferimento in caduta libera. Di conseguenza, gli effetti di questa accelerazione sono indistinguibili da qualsiasi altra accelerazione che lo strumento potrebbe sperimentare. Pertanto, un accelerometro non può distinguere tra l'essere fermi su un razzo su una rampa di lancio e l'essere nello stesso razzo nello spazio profondo che accelera a 1 g utilizzando i suoi motori. Analogamente, un accelerometro registrerà zero durante qualsiasi forma di caduta libera. Ciò comprende scenari come un'astronave che costeggia nello spazio profondo priva di massa significativa, un'astronave in orbita attorno alla Terra, un aereo che esegue una manovra parabolica "zero-g" o qualsiasi caduta libera che si verifica nel vuoto. Un ulteriore esempio è la caduta libera ad un'altitudine sufficientemente elevata da rendere trascurabili gli effetti atmosferici.
Questo principio, tuttavia, non si estende a scenari non di caduta libera in cui la resistenza dell'aria genera forze di resistenza, diminuendo così l'accelerazione fino al raggiungimento di una velocità terminale costante. Una volta raggiunta la velocità terminale, l'accelerometro registrerà un'accelerazione verso l'alto di 1 g. Allo stesso modo, un paracadutista che raggiunge la velocità terminale non si percepisce come se fosse in "caduta libera", ma sperimenta invece una sensazione simile a quella di essere supportato (a 1 g) da un cuscino d'aria che scorre verso l'alto.
L'accelerazione viene misurata utilizzando l'unità SI di metri al secondo quadrato (m/s2), l'unità cgs gal (Gal) o, più comunemente, relativa alla gravità standard (g).
Per determinare con precisione l'accelerazione degli oggetti rispetto alla Terra, in particolare per applicazioni come i sistemi di navigazione inerziale, i dati sull'accelerazione gravitazionale locale sono essenziali. Questi dati possono essere acquisiti attraverso la calibrazione del dispositivo da fermo o utilizzando un modello gravitazionale prestabilito corrispondente alla posizione attuale approssimativa.
Progettazione strutturale
Il design fondamentale di un accelerometro meccanico incorpora una massa di prova smorzata sospesa da una molla. Quando si sperimenta l'accelerazione, la massa di prova, secondo la terza legge di Newton, induce una compressione o un'estensione della molla. Questa regolazione genera una forza opposta sulla massa, contrastando efficacemente l'accelerazione applicata. Dato che la forza della molla è linearmente proporzionale al suo spostamento (secondo la legge di Hooke) e che sia la costante della molla che la massa sono predeterminate, misurando la compressione o l'estensione della molla si ottiene direttamente l'accelerazione. Lo smorzamento è integrato nel sistema per mitigare le oscillazioni del gruppo massa-molla, che potrebbero altrimenti compromettere la precisione della misurazione. Di conseguenza, questo meccanismo di smorzamento conferisce una specifica risposta in frequenza caratteristica agli accelerometri.
Numerose specie animali possiedono organi sensoriali specializzati in grado di rilevare l'accelerazione, in particolare le forze gravitazionali. All'interno di questi accelerometri biologici, la massa di prova è tipicamente costituita da uno o più cristalli di carbonato di calcio, noti come otoliti (dal latino, "pietra auricolare") o statoconi. Questi cristalli esercitano una pressione contro un letto di cellule ciliate, che sono innervate dai neuroni. Le cellule ciliate funzionano come meccanismo a molla, mentre i neuroni associati fungono da trasduttori sensoriali. Lo smorzamento è comunemente fornito da un fluido circostante. Molti vertebrati, compreso l’uomo, possiedono queste strutture all’interno dell’orecchio interno. La maggior parte degli invertebrati presenta anche organi analoghi, chiamati statocisti, sebbene questi siano generalmente distinti dal loro sistema uditivo.
Molti accelerometri meccanici sono progettati con un meccanismo di feedback: un circuito elettronico rileva il minimo spostamento della massa di prova e quindi applica una forza contrastante tramite un motore lineare per mantenere la massa di prova vicino alla sua posizione di equilibrio. Questo motore può essere un elettromagnete o, negli accelerometri miniaturizzati, un attuatore elettrostatico. Poiché il comportamento del circuito elettronico può essere controllato con precisione e la massa di prova subisce uno spostamento minimo, questi progetti raggiungono un'elevata stabilità (prevenendo oscillazioni), un'eccellente linearità e una risposta in frequenza ben definita. Questo principio operativo è noto come progettazione in modalità servo.
La misurazione negli accelerometri meccanici impiega spesso principi elettrici, piezoelettrici, piezoresistivi o capacitivi. Gli accelerometri piezoelettrici utilizzano sensori piezoceramici, come il titanato di zirconato di piombo o cristalli singoli come il quarzo e la tormalina. Questi dispositivi eccellono nelle misurazioni ad alta frequenza, offrono un peso ridotto e dimostrano una resistenza superiore alle temperature elevate. Gli accelerometri piezoresistivi mostrano una maggiore resilienza agli urti, sopportando accelerazioni molto elevate in modo più efficace. Gli accelerometri capacitivi incorporano comunemente un elemento sensibile microlavorato in silicio e sono particolarmente adatti alla misurazione delle basse frequenze.
Gli accelerometri meccanici contemporanei si manifestano spesso come sistemi microelettromeccanici (MEMS) compatti, spesso comprendenti strutture MEMS relativamente semplici come una trave a sbalzo integrata con una massa di prova (definita anche massa sismica). Lo smorzamento all'interno di questi dispositivi viene generalmente ottenuto attraverso il gas residuo sigillato all'interno dei loro involucri. A condizione che il fattore Q rimanga sufficientemente alto, questo meccanismo di smorzamento non diminuisce intrinsecamente la sensibilità.
Quando sottoposta ad accelerazioni esterne, la massa di prova subisce una deflessione dalla sua posizione di equilibrio. Questo spostamento viene successivamente misurato, tramite mezzi analogici o digitali. La tecnica di misurazione più diffusa prevede il rilevamento della capacità tra una serie di raggi stazionari e una serie di raggi fissati alla massa di prova. Questo approccio offre semplicità, affidabilità ed efficacia in termini di costi. Un'alternativa efficace prevede l'integrazione di piezoresistori nelle molle per rilevare la deformazione, deducendo così la deflessione; tuttavia, ciò richiede ulteriori fasi di fabbricazione. Per le applicazioni che richiedono sensibilità eccezionalmente elevate, viene utilizzato il rilevamento del tunneling quantistico, sebbene questo processo specializzato aumenti significativamente i costi di produzione. Inoltre, le tecniche di misurazione ottica sono state dimostrate con successo in prototipi di laboratorio.
Una categoria distinta di accelerometri basati su MEMS comprende gli accelerometri termici o convettivi. Questi dispositivi incorporano un riscaldatore miniaturizzato all'interno di una struttura a cupola compatta. Questo riscaldatore aumenta la temperatura dell'aria o di altro fluido contenuto all'interno della cupola. La bolla termica risultante funziona come massa di prova. Un sensore di temperatura integrato, come un termistore o una termopila, monitora la temperatura in un punto specifico all'interno della cupola. Questa misurazione determina effettivamente la posizione della bolla riscaldata all'interno della cupola. All'accelerazione della cupola, il fluido più freddo e denso sposta la bolla riscaldata. Di conseguenza, la temperatura misurata fluttua. Questa variazione di temperatura è quindi correlata all'accelerazione. Il fluido stesso fornisce lo smorzamento necessario. Le forze gravitazionali che agiscono sul fluido simulano il meccanismo a molla. Dato che la massa di prova è un gas estremamente leggero, non vincolato da travi o leve, gli accelerometri termici mostrano un'eccezionale resilienza agli elevati carichi d'urto. Un progetto alternativo utilizza un singolo filo sia per riscaldare il gas che per rilevare le alterazioni della temperatura. Le fluttuazioni di temperatura modificano direttamente la resistenza elettrica di questo filo. Un accelerometro bidimensionale può essere fabbricato in modo economicamente vantaggioso utilizzando un'unica cupola, una bolla e due dispositivi di misurazione distinti.
La maggior parte degli accelerometri micromeccanici funziona nel piano, il che significa che il loro design limita la sensibilità a una singola direzione all'interno del piano del die. L'integrazione ortogonale di due dispositivi di questo tipo su un unico die consente la creazione di un accelerometro a due assi. L'inclusione di un ulteriore dispositivo fuori piano facilita la misurazione triassiale. Questa configurazione integrata può ridurre significativamente gli errori di disallineamento rispetto all'assemblaggio di tre modelli discreti separati dopo il confezionamento.
Gli accelerometri micromeccanici sono prodotti con diversi intervalli di misurazione, in grado di rilevare accelerazioni fino a diverse migliaia di g's. I progettisti devono bilanciare il compromesso tra la sensibilità del sensore e l'accelerazione massima misurabile.
Applicazioni
Ingegneria
Gli accelerometri vengono utilizzati per quantificare l'accelerazione del veicolo. Servono anche per monitorare le vibrazioni in automobili, macchinari, edifici, sistemi di controllo di processo e installazioni di sicurezza. Inoltre, questi dispositivi facilitano la misurazione dell’attività sismica, dell’inclinazione, delle vibrazioni della macchina, della distanza e della velocità dinamiche, indipendentemente dall’influenza gravitazionale. Se configurati specificamente per la gravimetria, gli accelerometri progettati per misurare la gravità sono chiamati gravimetri.
Biologia
Gli accelerometri stanno registrando una crescente adozione nelle scienze biologiche. Le registrazioni ad alta frequenza dell'accelerazione biassiale o triassiale consentono la differenziazione di modelli comportamentali negli animali che non sono direttamente osservabili. Inoltre, i dati sull'accelerazione consentono ai ricercatori di quantificare il dispendio energetico di un animale in ambienti naturali, attraverso la valutazione della frequenza dei colpi degli arti o parametri come l'accelerazione dinamica complessiva del corpo. Queste metodologie sono state abbracciate prevalentemente dagli scienziati marini, a causa delle sfide legate all'osservazione visiva diretta degli animali selvatici; tuttavia, un numero crescente di biologi terrestri sta ora impiegando tecniche comparabili. Ad esempio, gli accelerometri sono stati determinanti nello studio del dispendio energetico del volo del falco di Harris (Parabuteo unicinctus). Inoltre, i ricercatori utilizzano gli accelerometri degli smartphone per raccogliere e ricavare descrittori meccanobiologici pertinenti all’esercizio di resistenza. C'è una tendenza crescente tra i ricercatori a integrare gli accelerometri con tecnologie supplementari, come fotocamere o microfoni, per migliorare la comprensione del comportamento degli animali nei loro habitat naturali (ad esempio, le strategie di caccia della lince canadese).
Industria
In contesti industriali, gli accelerometri vengono utilizzati per il monitoraggio dello stato dei macchinari, fornendo dati critici sulle vibrazioni e sulla loro evoluzione temporale negli alberi sui cuscinetti di apparecchiature rotanti, tra cui turbine, pompe, ventilatori, rulli e compressori, oltre a rilevare guasti ai cuscinetti; se non risolti, tali problemi possono comportare riparazioni costose. I dati sulle vibrazioni acquisiti dagli accelerometri consentono agli utenti di monitorare continuamente i macchinari e identificare queste anomalie in modo proattivo, prevenendo così guasti catastrofici delle apparecchiature rotanti.
Monitoraggio edilizio e strutturale
Gli accelerometri sono ampiamente utilizzati nel monitoraggio dello stato strutturale (SHM) di edifici, ponti e altre infrastrutture civili, dove registrano le risposte dinamiche ai carichi ambientali e forzati (ad esempio vento, traffico veicolare, macchinari operativi ed eventi sismici). Gli ingegneri derivano le proprietà modali, in particolare frequenze naturali, rapporti di smorzamento e forme modali, da queste registrazioni delle vibrazioni, impiegando spesso tecniche di analisi modale operativa (OMA) per strutture già in servizio. Questi parametri derivati vengono quindi monitorati nel tempo per facilitare la valutazione delle condizioni e perfezionare i modelli strutturali.
Nelle regioni sismicamente attive, gli array di accelerometri distribuiti all'interno di edifici e altre infrastrutture producono dati sul movimento forte cruciali per valutazioni post-evento tempestive e analisi complete delle prestazioni a lungo termine. Negli Stati Uniti, il National Strong-Motion Project (NSMP) dell'U.S. Geological Survey gestisce questi array strutturali e diffonde dati strutturali e di edifici attraverso il Center for Engineering Strong Motion Data (CESMD).
Gli standard internazionali regolano la strumentazione e i protocolli di qualità dei dati per le misurazioni delle vibrazioni negli edifici. Nello specifico, la norma ISO 4866 delinea i principi fondamentali per valutare la vibrazione delle strutture fisse e valutarne gli effetti in base alla risposta strutturale. Allo stesso tempo, la norma ISO 10137 offre linee guida sulla funzionalità di edifici e passaggi pedonali, affrontando considerazioni relative alla percezione umana, ai contenuti interni e all'integrità strutturale stessa.
La scelta della tecnologia dell'accelerometro dipende dalla gamma di frequenza e dall'ampiezza richieste. Gli accelerometri piezoelettrici vengono spesso utilizzati per misurazioni che coinvolgono frequenze e ampiezze più elevate. Al contrario, gli accelerometri dei sistemi microelettromeccanici (MEMS) a basso rumore hanno acquisito importanza per il monitoraggio a bassa frequenza di edifici e ponti, nonché per implementazioni dense o wireless, principalmente grazie alla loro convenienza ed efficienza energetica. Valutazioni recenti e progressi tecnologici indicano che i dispositivi MEMS opportunamente scelti possono identificare con precisione i parametri modali per il monitoraggio della salute strutturale (SHM) e sono stati integrati con successo in nodi di sensori wireless ad alta sensibilità.
Le metodologie dei sensori intelligenti in rete e wireless facilitano il monitoraggio scalabile e distribuito. Revisioni approfondite evidenziano la transizione dai tradizionali sistemi cablati a quelli wireless di monitoraggio strutturale (SHM) e sottolineano la crescente sofisticazione delle reti di sensori intelligenti wireless per applicazioni come l'identificazione modale delle vibrazioni ambientali e l'andamento continuo delle prestazioni.
Gli accelerometri sono spesso integrati con altri tipi di sensori per migliorare la stima dello spostamento e della deriva, in particolare per strutture estese o flessibili. I sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS) offrono dati sul movimento quasi statico e a frequenza molto bassa, che integrano efficacemente le informazioni dinamiche derivate dall'accelerometro. Ricerche recenti indicano che è possibile ottenere un recupero preciso dello spostamento dinamico combinando soluzioni ad alta velocità o multi-GNSS con i dati dell'accelerometro.
Oltre alle risorse dotate di strumenti permanenti, i ricercatori hanno studiato strategie di monitoraggio indirette e in crowdsourcing utilizzando accelerometri per smartphone, in particolare per le strutture dei ponti. Gli studi dimostrano che le frequenze modali e, occasionalmente, le caratteristiche di vibrazione spaziale, possono essere derivate dai dati dell'accelerometro acquisiti dai veicoli che attraversano i ponti. Questo approccio presenta una metodologia di screening complementare ed economicamente vantaggiosa per inventari estesi. Inoltre, le indagini correlate hanno valutato il monitoraggio delle vibrazioni ambientali degli edifici basato su smartphone.
Diversi casi di studio a lungo termine esemplificano l'implementazione su larga scala del monitoraggio dello stato strutturale (SHM). Il sistema di monitoraggio del vento e della salute strutturale di Hong Kong (WASHMS) ha monitorato continuamente il ponte Tsing Ma dal 1997, con successive pubblicazioni che dettagliano decenni di dati sul carico e sulla risposta strutturale durante il funzionamento. Il Queensferry Crossing scozzese è dotato di un vasto sistema SHM che incorpora migliaia di sensori e si dice che anche il Sydney Harbour Bridge sia dotato di migliaia di sensori per il monitoraggio in tempo reale.
I dati di monitoraggio della salute strutturale (SHM) vengono utilizzati per il monitoraggio continuo delle condizioni, valutazioni innescate da eventi (come le valutazioni post-terremoto) e per informare le decisioni di gestione delle risorse. Nell'ambito dell'ingegneria dei ponti, le linee guida emesse dalle agenzie di trasporto descrivono in dettaglio l'integrazione dei dati sul campo, comprese le misurazioni dell'accelerometro, con tecniche di ispezione e valutazione non distruttiva per migliorare l'affidabilità della valutazione del carico e ottimizzare la pianificazione della manutenzione.
Applicazioni mediche
AED Plus di Zoll incorpora CPR-D•padz, dotati di un accelerometro per misurare con precisione la profondità delle compressioni toraciche durante la rianimazione cardiopolmonare (RCP).
Negli ultimi anni numerose aziende hanno sviluppato e commercializzato orologi sportivi per corridori che integrano footpod contenenti accelerometri. Questi dispositivi aiutano a determinare la velocità e la distanza di chi li indossa.
Il governo belga promuove attivamente i contapassi basati sull'accelerometro come iniziativa di salute pubblica, incoraggiando i cittadini a raggiungere un obiettivo giornaliero di diverse migliaia di passi.
Herman Digital Trainer utilizza accelerometri per quantificare la forza d'impatto durante i regimi di allenamento fisico.
L'integrazione di accelerometri nei caschi da football è stata proposta per quantificare le forze di impatto delle collisioni alla testa. Il laboratorio di ricerca dell'esercito americano ha sviluppato l'interruttore di accelerazione a tre assi, suggerito per questa specifica applicazione.
Gli accelerometri sono stati utilizzati per calcolare i parametri dell'andatura, comprese le fasi di appoggio e oscillazione. Questa tecnologia dei sensori è applicabile per misurare e monitorare il movimento umano.
Navigazione
Un sistema di navigazione inerziale funziona come ausilio alla navigazione, impiegando un computer e sensori di movimento (accelerometri) per determinare continuamente, attraverso la navigazione stimata, la posizione, l'orientamento, la velocità direzionale e la velocità di un oggetto in movimento indipendentemente dai punti di riferimento esterni. La terminologia correlata comprende sistemi di guida inerziale, piattaforme di riferimento inerziali e numerose altre designazioni.
Un accelerometro da solo è inadeguato per misurare con precisione le variazioni di altitudine su distanze verticali significative dove l'attenuazione gravitazionale è pronunciata, come osservato nelle applicazioni aerospaziali come aerei e razzi. Quando è presente un gradiente gravitazionale, le procedure di calibrazione e riduzione dei dati associate mostrano instabilità numerica.
Trasporti
Gli accelerometri vengono utilizzati per il rilevamento dell'apogeo sia in contesti di missilistica professionale che amatoriale.
Gli accelerometri sono inoltre integrati nei rulli Intelligent Compaction (IC). Inoltre, gli accelerometri funzionano insieme ai giroscopi nei sistemi di navigazione inerziale.
Gli accelerometri dei sistemi microelettromeccanici (MEMS) sono spesso integrati nei sistemi di attivazione degli airbag nelle automobili contemporanee. Qui, questi sensori identificano l'accelerazione negativa improvvisa, accertando così il verificarsi e la gravità della collisione. Inoltre, i sistemi elettronici di controllo della stabilità utilizzano accelerometri laterali per quantificare le forze in curva. L’ampia adozione degli accelerometri nel settore automobilistico ha ridotto significativamente i costi di produzione. Un'ulteriore applicazione automobilistica prevede il monitoraggio di rumore, vibrazioni e durezza (NVH), che sono condizioni dannose per il comfort del conducente e dei passeggeri e possono segnalare malfunzionamenti meccanici sottostanti.
I sistemi di inclinazione dei treni utilizzano accelerometri e giroscopi per calcolare l'angolo di inclinazione ottimale.
Vulcanologia
Gli accelerometri elettronici contemporanei sono incorporati nella strumentazione di telerilevamento progettata per la sorveglianza dei vulcani attivi, facilitando il rilevamento del movimento del magma.
Elettronica di consumo
Gli accelerometri vengono progressivamente integrati nei dispositivi elettronici personali per accertare l'orientamento del dispositivo, ad esempio per la regolazione dello schermo.
Un sensore di caduta libera (FFS) costituisce un accelerometro progettato per identificare i casi in cui un sistema sta subendo una condizione di caduta o caduta libera. Successivamente, può avviare azioni protettive, come parcheggiare la testina di lettura/scrittura di un disco rigido, mitigando così il rischio di un incidente della testina e la conseguente perdita di dati in caso di impatto. Questa tecnologia è integrata in numerosi computer e prodotti elettronici di consumo diffusi di diversi produttori. Inoltre, le unità FFS vengono impiegate in alcuni registratori di dati per supervisionare la movimentazione dei container. La durata della caduta libera viene utilizzata per calcolare l'altezza di caduta e per approssimare la forza d'impatto subita dal pacco.
Ingresso movimento
Gli accelerometri sono incorporati in alcuni smartphone, lettori audio digitali e assistenti digitali personali per facilitare il controllo dell'interfaccia utente. Spesso questi sensori consentono la visualizzazione dei contenuti con orientamento orizzontale o verticale, adattandosi alla posizione fisica in cui viene tenuto il dispositivo. Apple ha costantemente integrato gli accelerometri in tutte le generazioni dei suoi dispositivi iPhone, iPad e iPod touch, insieme a ogni modello di iPod nano dalla quarta generazione in poi. Oltre a regolare l'orientamento del display, gli accelerometri nei dispositivi mobili possono funzionare come contapassi se associati ad applicazioni specifiche.
I sistemi di notifica automatica delle collisioni (ACN) sfruttano anche gli accelerometri per avviare chiamate di assistenza di emergenza a seguito di un incidente automobilistico. Notevoli implementazioni ACN comprendono il servizio OnStar AACN, 911 Assist di Ford Link, Toyota Safety Connect, Lexus Link e BMW Assist. Inoltre, numerosi smartphone dotati di accelerometri offrono il software ACN scaricabile. L'attivazione dei sistemi ACN avviene al rilevamento di accelerazioni indicative di una collisione.
All'interno dei sistemi di controllo elettronico della stabilità (ESC) del veicolo, gli accelerometri vengono utilizzati per quantificare il movimento in tempo reale del veicolo. Un'unità di elaborazione centrale contrasta quindi questo movimento effettivo con gli input dello sterzo e dell'acceleratore del conducente. Il computer ESC può applicare selettivamente i freni alle singole ruote o ridurre la potenza del motore per mitigare le discrepanze tra i comandi del conducente e la risposta dinamica del veicolo. Questo intervento aiuta a prevenire lo slittamento o il ribaltamento del veicolo.
Alcuni pedometri incorporano accelerometri per ottenere una maggiore precisione nella misurazione del conteggio dei passi e della distanza percorsa rispetto ai tradizionali sensori meccanici.
La console per videogiochi Nintendo Wii incorpora un telecomando Wii dotato di un accelerometro a tre assi progettato principalmente per l'input basato sul movimento. Gli utenti possono anche acquisire un accessorio Nunchuk sensibile al movimento opzionale, che consente l'acquisizione indipendente dell'input di movimento da entrambe le mani. Questa tecnologia è implementata anche nella console Nintendo 3DS.
Le sveglie della fase del sonno utilizzano sensori accelerometrici per monitorare i movimenti di chi dorme, facilitando il risveglio durante le fasi del sonno non REM per un risveglio più delicato ed efficace.
Registrazione audio
I microfoni e i timpani funzionano come membrane che reagiscono alle fluttuazioni della pressione dell'aria. Poiché queste oscillazioni inducono accelerazione, gli accelerometri possono essere utilizzati per la registrazione del suono. Uno studio del 2012 ha dimostrato che gli accelerometri, come quelli integrati negli smartphone e fissati sullo sterno, potrebbero rilevare le voci nel 93% degli scenari quotidiani comuni.
Al contrario, i suoni progettati con precisione hanno la capacità di indurre gli accelerometri a generare dati errati. Uno studio che ha valutato 20 modelli di accelerometri per smartphone Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) ha rivelato che la maggior parte era vulnerabile a tale manipolazione.
Rilevamento dell'orientamento
Numerosi dispositivi del 21° secolo utilizzano accelerometri per regolare l'orientamento dello schermo in base all'allineamento fisico del dispositivo, facilitando la transizione dalla modalità verticale a quella orizzontale. Questa funzionalità è comune in molti tablet PC, smartphone selezionati e fotocamere digitali. In particolare, l'Amida Simputer, un dispositivo Linux portatile introdotto nel 2004, è stato il primo palmare commerciale a integrare un accelerometro integrato. Questa integrazione ha consentito varie interazioni basate sui gesti, come girare le pagine, zoomare le immagini, cambiare modalità e diversi giochi di base controllati dai gesti.
A gennaio 2009, quasi tutti i telefoni cellulari e le fotocamere digitali di nuova commercializzazione incorporavano almeno un sensore di inclinazione e spesso un accelerometro, per consentire la rotazione automatica delle immagini, minigiochi sensibili al movimento e correzione delle vibrazioni durante la fotografia.
Stabilizzazione dell'immagine
Le videocamere sfruttano gli accelerometri per la stabilizzazione dell'immagine, ottenendo questo risultato regolando fisicamente gli elementi ottici per compensare i movimenti involontari nel percorso della luce verso il sensore o spostando digitalmente l'immagine per mitigare il movimento rilevato. Alcune fotocamere utilizzano accelerometri per l'acquisizione anti-sfocatura, ritardando l'acquisizione dell'immagine quando viene rilevato il movimento della fotocamera. L'immagine viene catturata solo quando la fotocamera è ferma, anche se momentaneamente (ad esempio durante una vibrazione). Glogger VS2, un'applicazione telefonica compatibile con i telefoni basati su Symbian dotati di accelerometri come il Nokia N96, esemplifica questa tecnologia. Inoltre, alcune fotocamere digitali incorporano accelerometri per accertare l'orientamento della foto durante l'acquisizione e per facilitare la rotazione dell'immagine durante la visualizzazione.
Integrità del dispositivo
Numerosi laptop integrano accelerometri per rilevare i casi di caduta. Quando viene rilevata una caduta, le testine del disco rigido vengono parcheggiate automaticamente per prevenire la perdita di dati e potenziali danni alle testine o al disco causati dal successivo impatto.
Gravimetria
Un gravimetro, noto anche come gravitometro, è uno strumento utilizzato in gravimetria per misurare il campo gravitazionale locale. Pur essendo fondamentalmente un tipo di accelerometro, i gravimetri si differenziano incorporando l'isolamento integrale delle vibrazioni e l'elaborazione del segnale per contrastare la suscettibilità degli accelerometri standard a tutte le forme di accelerazioni oscillatorie, compreso il rumore. Nonostante condividano un principio di progettazione simile a quello degli accelerometri, i gravimetri sono progettati per una sensibilità significativamente più elevata, consentendo il rilevamento di variazioni minime della gravità terrestre, fino a 1 g. Al contrario, molti altri accelerometri sono progettati per misurare magnitudo di 1000 g o superiori, spesso eseguendo misurazioni multiassiali. I gravimetri in genere hanno requisiti di risoluzione temporale meno rigorosi, consentendo una risoluzione migliore attraverso l'elaborazione dell'output con una "costante di tempo" estesa.
Tipi di accelerometro
Exploit e problemi relativi alla privacy
I dati dell'accelerometro, spesso accessibili da applicazioni di terze parti su numerosi dispositivi mobili senza l'esplicita autorizzazione dell'utente, sono stati sfruttati per dedurre informazioni complete sull'utente attraverso l'analisi dei modelli di movimento registrati. Questi dati dedotti possono comprendere dettagli come comportamento di guida, livelli di intossicazione, età, sesso, interazioni con il touchscreen e coordinate geografiche. Quando tali deduzioni vengono eseguite senza la consapevolezza o il consenso dell'utente, la pratica viene classificata come un attacco di inferenza. Inoltre, un numero significativo di smartphone è potenzialmente suscettibile allo sfruttamento del software attraverso la manipolazione delle letture dell'accelerometro.