background image

 

                                                          

www.sensr.com

 

                                               1 

 

Practical guide to Accelerometers 

 

Overview 

This guide will explain: what an accelerometer is, what it measures, the differences between the 
types of accelerometers, applications for accelerometers, and contrast accelerometers to 
acceleration recorders.   

Accelerometer  

An accelerometer is a sensing element that measures acceleration; acceleration is the rate of 
change of velocity with respect to time. It is a vector that has magnitude and direction.  
Accelerometers measure in units of 

g

 â€“ a 

g

 is the acceleration measurement for gravity which is 

equal to 9.81m/s². Accelerometers have developed from a simple water tube with an air bubble 
that showed the direction of the acceleration to an integrated circuit that can be placed on a 
circuit board. Accelerometers can measure: vibrations, shocks, tilt, impacts and motion of an 
object. 
 

Types of Accelerometers 

There are a number of types of accelerometers. What differentiates the types is the sensing 
element and the principles of their operation.  

Capacitive 

accelerometers sense a change in electrical capacitance, with respect to acceleration. 

The accelerometer senses the capacitance change between a static condition and the dynamic 
state.   

Piezoelectric 

accelerometers use materials such as crystals, which generate electric potential 

from an applied stress.  This is known as the piezoelectric effect.  As stress is applied, such as 
acceleration, an electrical charge is created.   

Piezoresistive 

accelerometers (strain gauge accelerometers) work by measuring the electrical 

resistance of a material when mechanical stress is applied 

Hall Effect

 accelerometers measure voltage variations stemming from a change in the magnetic 

field around the accelerometer.   

Magnetoresistive

 accelerometers work by measuring changes in resistance due to a magnetic 

field.  The structure and function is similar to a Hall Effect accelerometer except that instead of 
measuring voltage, the magnetoresistive accelerometer measures resistance.  

background image

 

                                                          

www.sensr.com

 

                                               2 

 

Heat transfer

 accelerometers measure internal changes in heat transfer due to acceleration.  A 

single heat source is centered in a substrate and suspended across a cavity.  Thermoresistors are 
spaced equally on all four sides of the suspended heat source.  Under zero acceleration the heat 
gradient will be symmetrical.  Acceleration in any direction causes the heat gradient to become 
asymmetrical due to convection heat transfer.  

MEMS-Based Accelerometers 

 

MEMS (Micro-Electro Mechanical System) technology is based on a number of tools and 
methodologies, which are used to form small structures with dimensions in the micrometer scale 
(one millionth of a meter). This technology is now being utilized to manufacture state of the art 
MEMS-Based Accelerometers.     

Future Accelerometer Advancements 

In the next decade, NANO technology will create new applications and dramatically reshape this 
area of technology. 

 

 

Applications for Accelerometer 

From industry to education, accelerometers have numerous applications. These applications 
range from triggering airbag deployments to the monitoring of nuclear reactors.  There are a 
number of practical applications for accelerometers; accelerometers are used to measure static 
acceleration (gravity), tilt of an object, dynamic acceleration, shock to an object, velocity, 
orientation and the vibration of an object. Accelerometers are becoming more and more 
ubiquitous: cell phones, computers and washing machines now contain accelerometers. 

Other practical applications include:  

• 

Measuring the performance of an automobile

 

• 

Measuring the vibration of a machine

 

• 

Measuring the motions of a bridge

 

• 

Measuring how a package has been handled 

 

 

 

 

background image

 

                                                          

www.sensr.com

 

                                               3 

 

 

Selecting an Accelerometer 

When selecting an accelerometer for an application the first factors to consider are: 

 

1.   Dynamic Range:  

Dynamic range

 

is the +/- maximum amplitude that the accelerometer can 

measure before distorting or clipping the output signal.  Dynamic range is typically specified in 
g's

 

2.    Sensitivity:  Sensitivity is the scale factor of a sensor or system, measured in terms of 

change in output signal per change in input measured. Sensitivity references the 
accelerometer’s ability to detect motion.  Accelerometer sensitivity is typically specified 
in millivolt per (mV/g). 

3.    Frequency response:  Frequency response is the frequency range for which the sensor 

will detect motion and report a true output. Frequency response is typically specified as 
a range measured in Hertz (Hz).

 

4.    Sensitive axis: Accelerometers are designed to detect inputs in reference to an axis; 

single-axis accelerometers can only detect inputs along one plane. Tri-axis 
accelerometers can detect inputs in any plane and are required for most applications. 

 

5.    Size and Mass: Size and mass of an accelerometer can change the characteristics of the 

object being tested. The mass of the accelerometers should be significantly smaller than 
the mass of the system to be monitored.   

 

Acceleration Recorders 

An accelerometer by itself is only a sensing element, in order for it to be useful the sensor needs 
to be combined with other elements such as, power, logic, memory and a means to translate the 
output. An acceleration recorder incorporates all of these elements into one package.  

One example of an acceleration recorder is the GP series designed by Sensr. They are rugged, 
compact instruments for recording motion, shock, impact, orientation and temperature. The 
instruments have been specifically designed to be user-friendly. The GP series data loggers 
feature: real-time data streaming, a USB interface, easy-to-use software, LED alert indicators, 
event flagging and a tri-axial MEMS-based accelerometers.