ما هو جهاز حساس التسارع (Accelerometer)

المصطلح و التعريف

حساس تسارع عالي التخصص
بالرغم من أن الترجمة الحرفية للمصطلح الإنجليزي (Accelerometer) تنتهي إلى “مقياس التسارع” إلى أنني أرى أن اللجوء إلى تعبير “حساس التسارع” ربما يكون أكثر مقاربة لتطبيقاته الفعلية. صحيح أن الجهاز يستخدم في قياس التسارع و حسابه، و لكن التطبيقات الموجودة اليوم لهذا الجهاز تهتم بجعله تِرْجاماً (Transducer) للحركة و التوضع -كوننا نتحدث عن جهاز مدمج في جهاز تكنولوجي يستعمله الإنسان العادي- أكثر من الاهتمام بالخروج بقراءات محددة عن تجربة ما أو فحص ما.حساس التسارع هو جهاز مصمم لحساب أبسط التغيرات في معدل الحركة باتجاه معين ما. شائع الاستخدام في السيارات لتحديد سرعاتها المختلفة في أزمنة مختلفة و لربما لتوثيق هذه القيم، و له تطبيقات في السلامة و يستخدم لتحسس الوقوف أو السقوط المفاجئ لا سيما في مجال البحث العلمي.
استعمالاته

استخدامات حساس السرعة عديدة جداً و هي تتدرج من الاستخدام المدني العادي اليومي إلى استخدامات و تطبيقات حساسة تصل إلى إنقاذ الأرواح.أحد الاستخدامات الأكثر حساسية لحساسات التسارع هو نشر الأكياس الهوائية في المركبات لدى التعرض لحادث، و التي عندما ينخفض تسارع السيارة بشكل ملحوظ سرعان ما تطلق العنان للأكياس الهوائية. و في سياق مماثل، يمكن استخدام حساسات السرعة لتشغيل نظم كبح خاصة تعمل عندما يبدو لها أن المركبة تترنح أو تتمايل منحرفة خارج السيطرة. و السيارة المحظوظة بوجود نظام كهذا وارد أن تحسس أنظمتها المرور فوق أرض وعرة أو القيادة في طريق تضربه الرياح، فتقوم بإضعاف توتر الشد (Strain) عن المكونات الداخلية للمركبة. و لا ننسى بأن التزويد المستمر بالسرعة و التسارع في اتجاه معين كفيل بتحديد مكان المركبة، مما يساعد في تحديد موقع المركبة بمساعدة أنظمة الملاحة بالأقمار الصناعية.و من الاستخدامات الذكية الأخرى لهذا الحساس، تثبيته في الحواسيب المحمولة - كما هو حاصل في العديد من الموجودة اليوم - ليتحسس سقوط الجهاز و القيام بإجراءات احترازية مهمة (مثل إطفاء القرص الصلب مثلاً) و تخفيف الأضرار الناجمة. و ترى حساس التسارع كذلك رائج في حماية المعدات الهشة.حتى أن هذا الجهاز غزا الكثير من التطبيقات الترفيهية فالكثير من الأجهزة الإلكترونية اليوم تدمج هذه الأداة فيها مثل هواتف (iPhone) و مشغلات وسائط الصوت و الفيديو (iPod Nano) من شركة (Apple)، و حتى في مشغلات الألعاب الإلكترونية (Wii) من شركة (Nintendo)، بات هذا الحساس الذي تعج بها الأسواق باعتبار وصوله إلى الترفيه صرعة حديثة. و من المهم لدينا معرفة مبدأ عمله.
هاتف iPhone مزود بتقنية استشعار التوضع
مبدأ العمل

هناك العديد من أنواع حساسات التسارع، فمنها من يعمل في بعد واحد فقط و هناك أخرى تعمل في الأبعاد الثلاثة. وتعمل بمبادئ فيزيائية عديدة. نذكر منها أشهرها و أوضحها.
حساس تسارع ثلاثي الأبعاد
يحدد حساس التسارع الحركة بأساليب متنوعة، فالكثير منها يستفيد من مبدأ الكهرباء الضغطية (Piezoelectricity) تستمد من تراكيب بلورية و تحسب التسارع بناء على مقدار الضغط المتولد فيها من ضغط الأجسام المتحركة في الاتجاه المحدد و بالتالي تولد تيار الكهربائياً فيها يتناسب و مقدار الضغط المطبق عليها. و تناسب التيار المتولد مع مقدار الضغط كفيل بالحصول على قراءات دقيقة للتسارع. البعض الآخر من حساسات التسارع تعمل على حساب التغير في حركة الهواء الساخن أو المجال المغناطيسي.
حساس تسارع ثلاثي الأبعاد يعمل بمبدأ الكهرباء الضغطية
و هناك العديد العديد من المبادئ الفيزيائية المختلفة التي يمكن استخدامها كحساسات تسارع، فالحساسات التي تستخدمها شركة (Apple) على سبيل المثال، تستخدم ثلاث أجزاء: كتلة سيليكونية، طقم من النوابض السيليكونية و التيار الكهربائي. النوابض السيليكونية تقيس مكان الكتلة السيليكونية باستخدام التيار الكهربائي. تحريك الجهاز يتسبب في تذبذب التيار الكهربائي المار في النوابض السيليكونية ليقوم حساس التسارع بتسجيلها و إبلاغ الجهاز الإلكتروني بالتصرف بناءً على تلك المعلومات.مبدأ آخر يعتمد على قياس الاختلاف في المواسعة، فلنفرض أن لدينا بنائين مجهريين صغيرين جداً متقابلين. تحريك هذا المجموع يمكنه أن يؤدي إلى تغيير في المواسعة. حول الفرق في المواسعة إلى فرق جهد و هكذا يصبح لديك حساس تسارع.
الاستخدام الصحيح للجهاز (في حال إجراء تجربة فيزيائية مثلاً)

لأن الجهاز لا يقوم بإجراء القراءات عن بعد، فهو يجب أن يكون متصلاً فيزيائياً و بإحكام بالجسم المراد إجراء القياسات عليه ليعمل الجهاز بالشكل الملائم و من المهم بمكان أن تحيد الذبذبات و الاهتزازات الميكانيكية قدر الممكن للحصول على قراءات دقيقة. و لذات الغرض فإنه من الضروري أن توصل الأسلاك على أعلى قدر من الإحكام بجسم الوحدة حتى لا ترتخي و بالتالي الحصول على مدخلات خاطئة. و لضمان المزيد من الدقة، فإن الجسم المستهدف ينبغي ألا تزيد كتلته عن عشرة أضعاف وزن حساس التسارع.حساس التسارع معدة هشة جداً، و يجب التعامل معها بحذر، لأنها قد تنتج نتائج غير دقيقة إذا ما أسقطت أو ألحق بها الضرر.اتبع الوصلة التالية تري كيف أن قلم أحد مهاويس الإلكترونيات بتعديل فأرة الحاسوب لتعمل على مبدأ متحسس التسارع:http://www.uchobby.com/index.php/2007/10/27/accelerometer-based-mouse