加速度計

加速度計は、車両の加速度を測定するために使用できます。加速度計は、自動車、機械、建物、プロセス制御システム、安全設備などの振動を測定するために使用できます。また、重力の影響の有無にかかわらず、地震活動、傾斜、機械の振動、動的距離、速度を測定するためにも使用できます。加速度計が重力測定用に特別に構成されている、重力を測定する加速度計の用途は、重力計と呼ばれます。

加速度計は生物科学でもますます使用されるようになっている。二軸加速度^{[ 8 ]}または三軸加速度^{[ 9 ]}の高周波記録により、動物が視界に入らない間に行動パターンを識別することができる。さらに、加速度の記録により、研究者は四肢のストローク頻度^{[ 10 ]の決定または全体的な動的身体加速度[ 11 ]}などの測定により、野生の動物がエネルギーを消費する速度を定量化することができる。このようなアプローチは、野生の動物を視覚観察で研究することが不可能なため、主に海洋科学者によって採用されてきたが、陸上生物学者の間でも同様のアプローチを採用する人が増えている。たとえば、加速度計はハリスホーク（Parabuteo unicinctus）の飛行エネルギー消費を研究するために使用されている。^{[ 12 ]}研究者はまた、スマートフォンの加速度計を使用して、抵抗運動の力学的生物学的記述子を収集および抽出している。^{[ 13 ]}研究者たちは、野生動物の行動をよりよく理解するために、カメラやマイクなどの追加技術とともに加速度計を展開することが増えている（例えば、カナダオオヤマネコの狩猟行動^{[ 14 ]}）。

加速度計は、タービン、ポンプ^{[ 15 ]}、ファン^{[ 16 ]} 、ローラー^{[ 17 ]} 、コンプレッサー^{[ 18 ][19 ]}などの回転機器のベアリングにおけるシャフトの振動とその時間的変化を報告するために、機械の状態監視にも使用されます。また、ベアリングの故障^{[ 20 ]も報告されます。これらの故障は、速やかに対処しないと、高額な修理費用につながる可能性があります。加速度計の振動データにより、} ユーザーは機械を監視し、回転機器が完全に故障する前にこれらの故障を検出できます。

加速度計は、建物、橋梁、その他の土木インフラの構造健全性モニタリング（SHM）において、周囲荷重および強制荷重（風、交通、機械、地震など）下での動的応答を記録するために広く使用されています。これらの振動記録から、エンジニアは、運用中の構造物に対して運用モーダル解析（OMA）技術を使用して、固有振動数、減衰比、モード形状などのモード特性を推定します。これらのパラメータは、状態評価とモデル更新のために、時間の経過とともに傾向付けられます。^{[ 21 ]}

地震地域では、建物やその他の構造物に設置された加速度計アレイが、地震後の迅速な評価や長期的な性能調査のための強震動データを提供します。米国では、米国地質調査所の国立強震動プロジェクト（NSMP）が構造アレイを運用し、工学強震動データセンター（CESMD）を通じて建物や構造物の記録を配布しています。^{[ 22 ] [ 23 ]}

建物の振動測定のための計測機器とデータ品質管理方法は、国際規格によって規定されています。ISO 4866 は、固定構造物の振動を測定し、構造応答に基づいて振動の影響を評価するための原則を規定しており、ISO 10137 は、人間の知覚、内容物、および構造自体に関して、建物と通路の使用性に関する推奨事項を規定しています。^{[ 24 ] [ 25 ]}

加速度計技術の選択は、周波数範囲と振幅に依存します。圧電加速度計は、高周波、高振幅の測定によく使用されますが、低ノイズのMEMS加速度計は、コストと電力の利点から、低周波の建物や橋梁のモニタリング、高密度またはワイヤレス展開に魅力的になっています。最近の評価と開発では、適切に選択されたMEMSデバイスがSHMに許容できる精度でモードパラメータを特定できることが示されており、高感度ワイヤレスノードに統合されています。^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

ネットワーク化されたワイヤレススマートセンサーアプローチにより、大規模な分散監視が可能になります。レビューでは、有線からワイヤレスのSHMシステムへの移行と、環境振動モード識別や連続トレンドなどのタスクのためのワイヤレススマートセンサーネットワークの成熟について説明しています。^{[ 29 ] [ 26 ]}

加速度計は、特に大型または柔軟な構造物の場合、変位とドリフトの推定精度を向上させるために、他のセンサーと融合されることがよくあります。GNSSは、加速度計ベースのダイナミクスを補完する準静的で非常に低周波の動きを提供します。最近の研究では、加速度計と組み合わせた高レートまたはマルチGNSSソリューションを使用して、正確な動的変位を回収できることが報告されています。^{[ 30 ] [ 31 ]}

恒久的に計測機器が設置された資産以外にも、特に橋梁においては、スマートフォンの加速度計を用いた間接的かつクラウドソーシングによるアプローチが検討されてきた。研究によると、橋梁を通過する車両によって収集された加速度計データからモード周波数（場合によっては空間振動特性）を推定できることが示されており、大規模なインベントリに対する補完的な低コストのスクリーニングツールとして利用できる。関連研究では、建物のスマートフォンベースの環境振動モニタリングも評価されている。^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

長期の事例研究では、大規模な展開が示されています。香港の風と構造健全性モニタリングシステム（WASHMS）は、1997年から青馬大橋に計測機器を設置しており、その後の出版物では、数十年にわたる運用中の荷重と応答のモニタリングが報告されています。スコットランドのクイーンズフェリー・クロッシングには、数千個のセンサーを含む包括的なSHMシステムが装備されており、シドニー・ハーバー・ブリッジには、リアルタイムモニタリングのために数千個のセンサーが設置されていると報告されています。^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

SHMデータは、継続的な状態追跡、イベント発生時の評価（地震後など）、および資産管理の意思決定を支援するために使用されます。橋梁工学では、運輸機関のガイダンスで、加速度計の測定値を含む現場データを検査や非破壊評価と統合して、耐荷力評価の信頼性と保守計画を改善する方法が説明されています。^{[ 39 ]}

Zoll社のAED Plusは、CPRの胸部圧迫の深さを測定するための加速度計を内蔵したCPR-D•padzを使用しています。

ここ数年の間に、ランナー向けのスポーツウォッチを製造・販売する企業が複数登場しており、それらのウォッチには、装着したランナーの速度と距離を測定するための加速度計を内蔵したフットポッドが搭載されている。

ベルギーでは、政府が加速度計を用いた歩数計を推奨し、国民に毎日数千歩歩くよう促している。

Herman Digital Trainerは加速度計を使用して、身体トレーニングにおける打撃力を測定します。^{[ 40 ] [ 41 ]}

頭部衝突の衝撃を測定するために、加速度計を組み込んだフットボールヘルメットを作ることが提案されている。 ^{[ 42 ]}米国陸軍研究所は、この用途向けに提案されている3軸加速度スイッチを開発した。

加速度計は、立脚期や遊脚期などの歩行パラメータを計算するために使用されてきました。この種のセンサーは、人を測定または監視するために使用できます。^{[ 43 ] [ 44 ]}

慣性航法システムとは、コンピュータとモーションセンサー（加速度計）を用いて、外部基準を必要とせずに、推測航法によって移動物体の位置、向き、速度（移動方向と速度）を継続的に計算する航法補助装置です。慣性航法システムやそれに密接に関連する装置を指す他の用語としては、慣性誘導システム、慣性基準プラットフォームなど、多くのバリエーションがあります。

加速度計だけでは、航空機やロケットのように重力の垂直方向の減少が著しい距離における高度の変化を測定するには不向きである。重力勾配が存在する場合、校正およびデータ処理プロセスは数値的に不安定になる。^{[ 45 ] [ 46 ]}

^{加速度計は、プロのロケット[ 47 ]}とアマチュアのロケット^{[ 48 ]}の両方で遠地点を検出するために使用されます。

加速度計はインテリジェント圧縮ローラーにも使用されています。加速度計は慣性航法システムでジャイロスコープと併用されます。 ^{[ 49 ]}

MEMS加速度計の最も一般的な用途の1つは、現代の自動車のエアバッグ展開システムです。この場合、加速度計は車両の急激な負の加速度を検出して、衝突が発生したタイミングと衝突の深刻度を判断するために使用されます。自動車のもう1つの一般的な用途は、横方向の加速度計を使用してコーナリング力を測定する電子安定制御システムです。自動車業界で加速度計が広く使用されるようになったことで、そのコストは劇的に低下しました。^{[ 50 ]}もう1つの自動車アプリケーションは、運転者と乗客に不快感を与え、機械的故障の指標にもなり得る騒音、振動、およびハーシュネス（NVH）の監視です。

傾斜式列車は、加速度計とジャイロスコープを使用して必要な傾斜を計算します。^{[ 51 ]}

現代の電子加速度計は、活火山の監視を目的としたリモートセンシング装置で使用され、マグマの動きを検出します。^{[ 52 ]}

加速度センサーは、例えばディスプレイ画面など、デバイスの向きを検出するために、パーソナル電子機器にますます多く組み込まれるようになっている。

自由落下センサー（FFS）は、システムが落下したかどうかを検出するために使用される加速度計です。落下を検知すると、ハードディスクのヘッドを一時的に停止させるなどの安全対策を講じ、ヘッドクラッシュによるデータ損失を防ぐことができます。このデバイスは、様々なメーカーが製造する多くの一般的なコンピュータ製品や家電製品に搭載されています。また、輸送コンテナの取り扱い作業を監視するデータロガーにも使用されています。自由落下時間の長さは、落下高さを計算し、パッケージへの衝撃を推定するために使用されます。

モーション入力

一部のスマートフォン、デジタルオーディオプレーヤー、およびPDAには、ユーザーインターフェイス制御用の加速度センサーが搭載されています。多くの場合、加速度センサーは、デバイスの持ち方に基づいてデバイスの画面を横向きまたは縦向きに表示するために使用されます。Appleは、iPhone、iPad、iPod touchのすべての世代、および第4世代以降のすべてのiPod nanoに加速度センサーを搭載しています。モバイルデバイスの加速度センサーは、向きの表示調整に加えて、専用アプリケーションと連携して歩数計としても使用できます。^{[ 53 ]}

自動衝突通報（ACN）システムも、車両衝突時に助けを求めるためにシステムに搭載された加速度計を使用します。代表的なACNシステムには、 OnStar AACNサービス、Ford Linkの911アシスト、トヨタのSafety Connect、Lexus Link、BMWアシストなどがあります。加速度計を搭載した多くのスマートフォンにも、ACNソフトウェアがダウンロード可能です。ACNシステムは、衝突時の加速度を検知することで作動します。

加速度計は、車両の電子安定制御システムにおいて、車両の実際の動きを測定するために使用されます。コンピューターは、車両の実際の動きをドライバーのステアリング操作やスロットル操作と比較します。安定制御コンピューターは、個々の車輪を選択的にブレーキしたり、エンジン出力を下げたりすることで、ドライバーの入力と車両の実際の動きとの差を最小限に抑えます。これにより、車両のスピンや横転を防ぐことができます。

歩数計の中には、加速度計を使用することで、機械式センサーよりも正確に歩数や移動距離を測定できるものがある。

任天堂のWiiゲーム機は、3軸加速度センサーを内蔵したWiiリモコンと呼ばれるコントローラーを使用しており、主にモーション入力用に設計されています。ユーザーは、モーションセンサー付きのアタッチメントであるヌンチャクを追加購入することで、両手の動きを個別に記録することもできます。このシステムは、ニンテンドー3DSシステムでも使用されています。

睡眠段階アラームクロックは、加速度センサーを使用して睡眠者の動きを検出し、REM睡眠段階ではないときに人を起こして、より簡単に目覚めさせるようにする。^{[ 54 ]}

重力計（または重力測定器）は、重力測定において局所的な重力場を測定するために使用される機器です。重力計は加速度計の一種ですが、加速度計はノイズを含むあらゆる振動の影響を受けやすく、振動加速度が生じるという点が異なります。重力計では、振動遮断と信号処理を一体化することで、この振動の影響を軽減しています。設計の基本原理は加速度計と同じですが、重力計は通常、地球の重力（1g）のごくわずかな変化を測定するために、加速度計よりもはるかに高感度になるように設計されています。一方、他の加速度計は1000g以上の測定を目的として設計されることが多く、多軸測定を行うものも少なくありません。重力計の場合、時間分解能に対する制約は通常、加速度計よりも緩やかであるため、より長い「時定数」で出力を処理することで分解能を高めることができます。