شتاب سنج

شتاب سنج (به انگلیسی: Accelerometer) حسگری می باشد که شتاب مکانیکی را به سیگنال الکتریکی متناسب با آن تبدیل می کند. شتاب نرخ تغییرات سرعت در واحد زمان می باشد که می تواند ثابت (شتاب استاتیک) یا متغیر (شتاب دینامیک) و یا گذرا باشد. شتاب سنج دارای مدل های یک محوری و چندمحوری است که می توانند اندازه و جهت شتاب را به عنوان یک کمیتِ بُرداری اندازه گیری کنند. شتاب سنج برای اندازه گیری ارتعاش، شوک و ضربه به کار می رود؛ ولی می توان از این حسگر برای کاربردهای دیگری نیز استفاده کرد. به کمک انتگرال گیری از شتاب می توان سرعت و جابجایی را اندازه گیری نمود و با کمک شتاب استاتیک می توان زاویه قرارگیری محصول نسبت به محور جاذبه زمین و یا میزان تراز سطح را اندازه گیری نمود. امروزه شتاب سنج ها کاربردهای بسیار فراوانی در لوازم الکترونیکی و صنایع مختلف دارند.
شتاب سنج خازنی
شتاب سنج مقدار شتاب صحیح را که شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است را اندازه گیری می کند. شتاب صحیح شتابی است که اجسام و اشخاص آن را احساس می کنند. معمولاً شتاب را برحسب نیروی گرانش 'g=9.8 m/s^۲'اندازه گیری می کنند. به عبارت دیگر، بر اساس اصل هم-ارزی در فیزیک در هر نقطه از فضا یک دستگاه مرجع مانا وجود دارد، و شتاب سنج شتاب نسبت به آن دستگاه شتاب را اندازه می گیرد. به این صورت که فرض می کند اگر قرار بود در دستگاه مرجع مانا بدون شتاب باشد هیچ نیرویی به آن وارد نمی شد و حال نیروهای وارد به خود را اندازه می گیرد و شتابی را که باید داشته باشد حدس می زند.
شتاب صحیح شتابی است که با توجه به نیروهای وارد بر جسم محاسبه می شود. طبق اصل هم-ارزی تفاوتی بین جسمی که در یک سفینهٔ فضایی با شتاب 1 g {\displaystyle 1g}   حرکت می کند و جسمی که روی زمین قرار دارد و تحت نیروی گرانش 1 g {\displaystyle 1g}   قرار دارد وجود ندارد و تحت اثر همان نیروهایی قرار دارد که جسم در حال حرکت شتاب دار تحت اثر آن ها است؛ بنابراین شتاب سنجی که در حالت ساکن نسبت به سطح زمین قرار گرفته است شتابی برابر 1 g {\displaystyle 1g}   به سمت بالا را نشان خواهد داد، زیرا هر نقطه روی سطح زمین نسبت به دستگاه مرجع لخت محلی به سمت بالا شتاب می گیرد. این دستگاه مرجع لخت محلی دستگاه یک جسم در حال سقوط آزاد روی سطح زمین است. برای اینکه مقدار شتاب خالص ناشی از حرکت را نسبت به زمین به دست آوریم باید مقدار تفاوت شتابی که گرانش ایجاد می کند، را کم کرد. از آنجایی که نیروی گرانش موجب شتاب صحیح نمی شود و شتاب سنج نسبت به شتاب گرانشی حساس نیست، و مقدار آن را نمی تواند مستقیماً اندازه گیری کند، این موضوع به طور کلی در مورد هر میدان گرانشی درست است.
علت وجود اختلاف به دلیل گرانش را می توان با اصل هم ارزی انیشتین توجیه کرد. این اصل بیان می کند که اثر گرانش بر اجسام از اثر شتاب دستگاه مرجع غیرقابل تفکیک است. هنگامی که در یک میدان گرانشی به وسیلهٔ اعمال نیروی واکنش از طرف زمین یا نیروی مخالف برابر دیگری به سمت بالا در حالت سکون هستیم، دستگاه مرجع برای یک شتاب سنج (بدنهٔ شتاب سنج) نسبت به دستگاه مرجع متصل به جسم در حال سقوط آزاد دارای شتابی به سمت بالا است. اثر شتاب این دستگاه مرجع از هر شتاب دیگری که روی ابزار اعمال می شود، غیرقابل تفکیک است؛ بنابراین یک شتاب سنج نمی تواند تفاوت بین نشستن درون یک موشک روی سکوی پرتاب و حرکت در همان موشک با شتاب 1 g {\displaystyle 1g}   در اعماق فضا را تشخیص دهد.

شتاب سنج (secular accelerometer)
تجهیزاتی مکانیکی یا الکترومکانیکی، برای اندازه گیری شتاب یا شتاب منفی. شتاب آهنگ افزایش، و شتاب منفی آهنگ کاهش سرعت جسم متحرک اند. انواع مکانیکی شتاب سنج شامل جرمی آویخته به فنر، و دارای دستگاه تنظیم و ابزار نشان دهندۀ مقیاس شتاب است که با آینه باریکه ای نور روی جرم باز می تاباند. در انواع الکترومکانیکی، از سیم متحرک، کُرنش سنج، القاگر متغیر، و پیزو الکتریک یا وسیله ای مشابه استفاده می کنند که آثار شتاب را به صورت الکتریکی اندازه گیری می کند. از شتاب سنج ها برای سنجش کارآیی سیستم های ترمز در وسایل نقلیۀ جاده ای و ریلی استفاده می کنند. همچنین، در هواپیماها و سفینه های فضایی، با شتاب سنج ها هم زمان شتاب را در چندین جهت اندازه می گیرند. بعضی شتاب سنج ها ارتعاش ماشین آلات را آشکار می کنند.