Mengenal accelerometer
Apa fungsi akselerometer?
Akselerometer (accelerometer) merupakan sebuah peralatan elektromekanik yang digunakan untuk mengukur gaya akselerasi. Alat ini biasa digunakan pada sistem navigasi yang menggunakan inersia dan sistem pengarah (guidance) seperti pada pesawat terbang, atau kapal autopilot.
Apa akselerasi itu?
Akselerasi (percepatan), dalam fisika, adalah laju perubahan kecepatan sebuah benda. Sebagai contoh, ketika sebuah mobil diam kemudian melaju dengan kecepatan 100km/jam dalam waktu 10 detik, maka akselerasinya adalah kecepatan dibagi dengan waktu atau 100/10 = 10 km/jam.detik.
Dalam bentuk lain, akselerasi sebuah obyek adalah hasil bersih dari setiap dan semua gaya yang bekerja pada objek, seperti yang dijelaskan oleh Hukum Kedua Newton [1]. Hukum Kedua Newton menggambarkan relasi antara gaya (F), massa (m) dan akselerasi (a) dalam sebuah persamaan berikut:
F = m.a
atau
a = F/m
Berarti akselerasi dapat diartikan sejumlah gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan setiap besaran massa.
Tipe akselerometer
Ada beberapa tipe akselerometer, yang paling umum digunakan adalah akselerometer mekanis, akselerometer kapasitif dan akselerometer piezoelektrik.
- Akselerometer mekanis
Seismometer (alat pengukur gempa bumi) adalah contoh penggunaan akselerometer mekanis. Alat ini menggunakan pena bermassa yang dihubungkan ke pegas untuk mendeteksi getaran yang disebabkan adanya gempa bumi. Saat ada gempa bumi, pena bermassa akan bergerak dan menggoreskan jejak pada kertas. Panjang jejak ini proporsional dengan gaya regang pegas yang kemudian dapat dikonversikan sebagai gaya akselerasi. Akselerometer jenis ini tidak memanfaatkan menghasilkan daya listrik dalam bekerja.
- Akselerometer kapasitif
Seiring dengan perkembangan jaman yang serba memanfaatkan tenaga listrik/elektrik, sensor akselerometer juga dikembangkan agar bagaimana dapat menghasilkan variasi tegangan yang nantinya diterjemahkan sebagai perubahan akselerasi. Akselerometer kapasitif menghasilkan tegangan berdasarkan jarak antara dua permukaan (“plat”). Salah satu atau dua “plat” tersebut dialiri dengan arus listrik. Ketika sensor bergerak maka terjadi perubahan posisi dari plat. Perubahan jarak antara dua plat tersebut mengubah nilai kapasitansi yang kemudian bisa diukur sebagai tegangan keluaran[2]. Gambar berikut menjelaskan secara sederhana bagaimana akselerometer kapasitif bekerja.
- Akselerometer piezoelektrik
Akselerometer ini memanfaatkan prinsip efek piezoelektrik. Sensor terdiri dari kristal piezoelektrik quartz dibebani sebuah massa yang dipasang sedemikian rupa sehingga ketika ada gaya akselerasi (getaran) kristal dapat menghasilkan tegangan. Sensor ini memiliki keakuratan tinggi karena sifat bahannya.
Bagaimana memilih sensor akselerometer? (kasus proyek elektronika)
Sebelum memberli sebuah sensor akselerometer, mungkin anda beberapa hal yang perlu anda perhatikan.
- Jumlah sumbu (axis)
Untuk kebanyakan proyek sederhana sebenarnya dua axis sudah cukup. Untuk proyek yang melibatkan pengukuran tiga dimensi seperti navigasi pesawat aeromodeling, UAV, quadcopter dan yang lainnnya, lebih baik anda memerlukan akselerometer dengan 3 axis.
- Maximum swing [3]
Jika Anda hanya peduli tentang mengukur kemiringan menggunakan gravitasi bumi, sebuah akselerometer dengan swing ±1.5g akan lebih dari cukup. Jika Anda akan menggunakan akselerometer untuk mengukur gerak sebuah mobil, pesawat atau robot, ± 2g sudah cukup. Untuk sebuah proyek yang berhubungan dengan hal yang berhenti dan mulai dengan sangat cepat, Anda akan membutuhkan satu yang dapat menangani ± 5g atau lebih.
- Kepresisian atau Harga Murah?[4]
Ada dua perbedaan utama antara akselerometer low-cost dan presisi. Pertama, akselerometer presisi pada dasarnya sudah dikalibrasi penuh, untuk itu, sesitivitas respon di plot dengan memperhatikan penggunaan rentang frekuensi. Sedangkan akselerometer low-cost mendapatkan kalibrasi satu titik dan sensitivitasnya ditunjukkan dalam frekuensi tunggal. Kedua, akselerometer presisi memiliki toleransi yang ketat pada beberapa spesifikasinya seperti sensitivitas dan rentang frekuensi.
Sensor akselerometer dipasaran
Berikut adalah daftar beberapa sensor accelerometer yang dijual di pasaran:
No. | Devices | Datasheet | Resources | Notes | Image |
1 | Analog Devices ADXL212 | Low-cost, +/- 2 g, dual-axis accelerometer with duty cycle output | This accelerometer is available in a several IC formats. | ||
2 | Analog Devices ADXL213 | High-precision, +/- 1.1 g, dual-axis accelerometer with signal conditioned voltage outputs. | |||
3 | Analog Devices ADXL335 | Small, Low Power, 3-Axis +/-3.6g Accelerometer, for Motion- and Tilt-Sensing Applications | |||
4 | Sparkfun ADXL345 Breakout Board | 3-axis accelerometer, +/- 16 g, I^2C/SPI digital output. | click and double click recognition, free fall detection | ||
5 | STMicroelectronics LIS302DL | 3-axis accelerometer, +/- 2.3 or 9 g, I^2C/SPI digital output. | LGA-14 surface mount package, click and double click recognition, free fall detection | ||
6 | Dimension Engineering DE-ACCM2G | Buffered ±2g 2-axis Accelerometer | Integrated op amp buffers for direct connection to a microcontroller’s analog inputs, based on Analog Devices ADXL332 | ||
7 | Dimension Engineering DE-ACCM3D2 | Buffered ±3g Tri-axis Accelerometer | Integrated op amp buffers for direct connection to a microcontroller’s analog inputs | ||
8 | Analog Devices ADXL001 | Single-axis, ± 70g or 250g accelerometer with a 22 kHz bandwidth | Of interest as a precursor to an accelerometer-based contact microphone (O’Reilly et al.) | ||
9 | Freescale Semiconductor MMA2301 | Dual-axis, surface mount silicon capacitive ±200g accelerometer | Features integrated signal conditioning and 4-pole low pass filter |
Referensi
[1]. Crew, Henry (2008). The Principles of Mechanics. BiblioBazaar, LLC. p. 43. ISBN 0-559-36871-2.
[2]. http://www.sensorwiki.org/doku.php/sensors/accelerometer
[3]. http://www.dimensionengineering.com/info/accelerometers
[4]. http://www.sensorland.com/HowPage010.html