Acelerômetro De Média Móvel

Um filtro IIR simples, de um único pólo, passa baixo e recursivo é rápido e fácil de implementar, e. Onde x, y são os sinais do acelerômetro XY brutos (não filtrados), xf, yf são os sinais de saída filtrados e k determina a constante de tempo dos filtros (tipicamente um valor entre 0,9 e 0,9999) onde k maior significa uma constante de tempo mais longa ). Você pode determinar k de forma empírica, ou se você conhece sua freqüência de corte requerida, Fc. Então você pode usar a fórmula: onde Fs é a taxa de amostragem. Note que xf, yf são os valores anteriores do sinal de saída no RHS e os novos valores de saída no LHS da expressão acima. Observe também que estamos assumindo aqui que você estará amostragem dos sinais do acelerômetro em intervalos de tempo regulares, p. Ex. A cada 10 ms. A constante de tempo será uma função de k e desse intervalo de amostragem. Qual é o melhor filtro para processar os dados do acelerômetro Qual filtro você aplicou a estes? O que é a pergunta que você está tentando responder com o estudo. Os dados de aceleração certamente precisam de um Filtro diferente do que você usou aqui. Os dados da força estão bem, mas não tem certeza de como você filtrou. Isto é com uma média móvel de 300 pontos, eu não recomendaria isso onde você teve forças de impacto que podem ser de interesse. A questão deste estudo. Posso usar o acelerômetro para avaliar o pico do poder sem plataforma de força. Porque o acelerômetro tem uma boa vantagem (sem fio 500 m - pequeno - mais barato do que a plataforma de força - força de reação do solo recorde para cada movimento - o atleta sente-se livre quando ele está pulando ou correndo). Esta é a primeira questão do meu estudo - segunda pergunta Qual é o diferente entre três níveis de atletas em poder exclusivo usando o acelerômetro. Este é o dado do acelerômetro Raw. Não use um filtro com ele. Mas os dados da plataforma forçada são filtrados automaticamente com o software. Eu vou anexar você comparando imagem 1- dados do acelerômetro bruto 2- dados médios móveis do acelerômetro 300pt - dados da plataforma de força O cálculo do pico de energia durante um salto a partir dos dados do acelerômetro pode ser muito sensível às características inerciais da tarefa. A missa terá que entrar no cálculo em algum lugar e, neste caso, a massa que o acelerômetro está rastreando realmente variará ao longo do tempo. Isso poderia potencialmente confundir as medidas de potência de pico, especialmente quando comparadas em diferentes assuntos. O poder médio sobre múltiplos saltos pode ser muito mais robusto, como descrito aqui: concordo com o Dr. Richards que você provavelmente quer usar um filtro que preserva o conteúdo de alta freqüência do sinal. Se você tem acesso ao Matlab, existem algumas ferramentas de filtragem muito poderosas que podem ser úteis para seus propósitos. Um filtro recursivo Butterworth é freqüentemente usado, mas também tive sucesso usando a filtragem de wavelets, que pode remover muito estreita largura de banda de ruído sem afetar o sinal demais. Eu tentei mais do que filtrar, mas todos os valores que se juntam são maiores que os valores da plataforma de força. Você poderia me fazer um favor, por favor. Você pode possuir esses dados com o filtro direito porque eu não sou bom neste campo. Vou enviar-lhe os dados do acelerômetro bruto com (g unite measurement) 1 g taxa de amostragem de 9,8 ms2 1000 Hz, usando o filtro anti-aliasing analógico para 10 hz digital automaticamente, formando o software. Massa de atleta 76 kg e dados da plataforma de força para este atleta 1000 Hz, mas está usando filtro anti-aliasing analógico para digital 500 Hz automaticamente formam software. Estou realmente confuso com esses filtros. Eu sou muito apropriado você, se você fizer isso, possuindo O acelerômetro, a CoM vezes a massa corporal, Fma, não lhe dará o mesmo que as placas de força, pois não estará considerando as propriedades de inércia no membro inferior que estarão experimentando forças inerciais maiores Força sobre segmento massa de segmento x aceleração de segmento. Isso deveria ser considerado para o pé, a perna e a coxa. Para não mencionar os artefatos de movimento e os fatores que Sean aborda corretamente. A razão pela qual eu perguntei por que você está fazendo isso é a chave. O poder é útil, mas outras medidas do acelerômetro podem ser igualmente úteis, e. Aceleração do pico, o trabalho realizado (equivalente à potência média que Sean mencionou) e o salto em altura podem ser estimados a partir dos dados do acelerômetro. Você está certo Dr. Richards. Mas posso prever o pico de energia do pico de aceleração. Eu significo o pico de aceleração com o tempo como indicadores para poder exclusivo como equação P Fv eu uso aceleração aqui como indicador de força e tempo é indicador de velocidade o atleta que tem um grande pico de aceleração em pouco tempo ele possui alto poder exclusivo PubMed Produz 8 papéis sobre o acelerômetro de salto quotvertical, um par destes parece relevante. Você também deve procurar um disco desportivo. Um dos sensores inerciais mais comuns é o acelerômetro. Um sensor dinâmico capaz de uma vasta gama de detecção. Acelerômetros estão disponíveis que podem medir a aceleração em um, dois ou três eixos ortogonais. Eles são tipicamente usados ​​em um dos três modos: como medida inercial de velocidade e posição. Como sensor de inclinação, inclinação ou orientação em 2 ou 3 dimensões, como referenciado a partir da aceleração da gravidade (1 g 9.8ms 2). Sensor de vibração ou impacto (choque). Existem vantagens consideráveis ​​em usar um acelerômetro analógico em oposição a um inclinômetro, como um inclinômetro de inclinação do líquido. Os inclinômetros tendem a produzir informações binárias (indicando um estado de ativação ou desativação), portanto, só é possível detectar quando a inclinação excedeu algum limite ângulo. A maioria dos acelerômetros são sensores micro-eletro-mecânicos (MEMS). O princípio básico de operação por trás do acelerômetro MEMS é o deslocamento de uma pequena prova de massa gravada na superfície de silício do circuito integrado e suspensa por pequenas vigas. Em consonância com a segunda lei do movimento de Newton039 (F ma), como uma aceleração é aplicada ao dispositivo, uma força desenvolve o que desloca a massa. Os feixes de suporte atuam como uma mola, e o fluido (geralmente ar) preso dentro do IC atua como um amortecedor, resultando em um sistema físico de segunda ordem. Esta é a fonte da largura de banda operacional limitada e resposta de frequência não uniforme de acelerômetros. Para mais informações, consulte Referência a Elwenspoek, 1993. Há vários princípios diferentes sobre os quais um acelerômetro analógico pode ser construído. Dois tipos muito comuns utilizam a detecção capacitiva e o efeito piezoelétrico para detectar o deslocamento da massa de prova proporcional à aceleração aplicada. Acelerômetros que implementam a saída de sensor capacitivo uma tensão dependente da distância entre duas superfícies planas. Uma ou ambas as placas são carregadas com uma corrente elétrica. Alterar o espaço entre as placas muda a capacidade elétrica do sistema, que pode ser medida como uma saída de tensão. Este método de detecção é conhecido por sua alta precisão e estabilidade. Os acelerômetros capacitivos também são menos propensos ao ruído e a variação com a temperatura, geralmente dissipam menos energia e podem ter larguras de banda maiores devido a circuitos internos de feedback. (Elwenspoek 1993) A detecção de aceleração piezoelétrica é natural, pois a aceleração é diretamente proporcional à força. Quando certos tipos de cristal são compactados, as cargas de polaridade oposta se acumulam em lados opostos do cristal. Isso é conhecido como efeito piezoelétrico. Em um acelerômetro piezoelétrico, a carga se acumula no cristal e é traduzida e amplificada em uma corrente ou tensão de saída. Os acelerômetros piezoelétricos apenas respondem ao fenômeno AC, como vibração ou choque. Eles têm uma ampla gama dinâmica, mas podem ser caros dependendo de sua qualidade (Doscher 2005) Os acelerômetros baseados em filme piezoelétrico são melhor utilizados para medir fenômenos de CA, como vibração ou choque, em vez de fenômeno DC, como a aceleração da gravidade. Eles são baratos e respondem a outros fenômenos como a temperatura, o som e a pressão (Doscher 2005). Os acelerômetros piezoresistivos (também conhecidos como acelerômetros de calibre de tensão) funcionam medindo a resistência elétrica de um material quando o estresse mecânico é aplicado. Eles são preferidos em aplicações de choque alto e podem medir a aceleração até 0Hz. No entanto, eles têm uma resposta limitada de alta freqüência. Os acelerômetros de efeito Hall funcionam medindo as variações de tensão causadas pela mudança no campo magnético em torno deles. Os acelerômetros de transferência de calor consistem em uma única fonte de calor centrada em um substrato e suspensa em frente da cavidade. Eles incluem termorresistores igualmente espaçados nos quatro lados da fonte de calor. Eles medem as mudanças internas no calor devido a uma aceleração. Quando há zero aceleração, o gradiente de calor será simétrico. Caso contrário, sob a aceleração, o gradiente de calor se tornará assimétrico devido à transferência de calor por convecção. Existem muitos outros tipos de acelerômetro, incluindo: analógico vs. digital. A especificação mais importante de um acelerômetro para uma determinada aplicação é o seu tipo de saída. Os acelerômetros analógicos produzem uma tensão variável constante dependendo da quantidade de aceleração aplicada. Os acelerômetros digitais mais antigos produzem uma onda quadrada de freqüência variável, um método conhecido como modulação de largura de pulso. Um acelerômetro modulado por largura de pulso leva leituras a uma taxa fixa, normalmente 1000 Hz (embora isso possa ser configurável pelo usuário com base no IC selecionado). O valor da aceleração é proporcional à largura do pulso (ou ciclo de trabalho) do sinal PWM. Os acelerômetros digitais mais recentes são mais propensos a produzir seu valor usando protocolos digitais de vários fios, como I 2 C ou SPI. Para uso com ADC s comumente usado para sistemas de interação musical, os acelerômetros analógicos geralmente são preferidos. Número de eixos. Acelerômetros estão disponíveis que medem em uma, duas ou três dimensões. O tipo mais familiar de medidas do acelerômetro em dois eixos. No entanto, os acelerômetros de três eixos são cada vez mais comuns e baratos. Gama de saída. Para medir a aceleração da gravidade para uso como sensor de inclinação, é suficiente uma faixa de saída de 1,5 g. Para usar como sensor de impacto, é desejada uma das aplicações musicais mais comuns, 5 g ou mais. Sensibilidade . Um indicador da quantidade de mudança no sinal de saída para uma dada alteração na aceleração. Um acelerômetro sensível será mais preciso e provavelmente mais preciso. Alcance dinâmico. O intervalo entre a menor aceleração detectável pelo acelerômetro para o maior antes de distorcer ou cortar o sinal de saída. Largura de banda. A largura de banda de um sensor geralmente é medida em Hertz e indica o limite da resposta de freqüência de unidade próxima do sensor, ou com que frequência uma leitura confiável pode ser tomada. Os seres humanos não conseguem criar movimento do corpo muito além do alcance de 10-12 Hz. Por esta razão, uma largura de banda de 40-60 Hz é adequada para a inclinação ou detecção de movimento humano. Para a medição de vibração ou a leitura precisa das forças de impacto, a largura de banda deve estar na faixa de centenas de Hertz. Também deve notar-se que, para alguns microcontroladores mais antigos, a largura de banda de um acelerômetro pode se estender além da freqüência de Nyquist dos conversores AD na MCU, portanto, para uma maior detecção de largura de banda, o sinal digital pode ser aliasado. Isso pode ser corrigido com filtragem passiva passiva simples antes da amostragem, ou simplesmente escolhendo um microcontrolador melhor. Vale ressaltar que a largura de banda pode mudar, pelo modo como o acelerômetro é montado. Uma montagem mais rígida (por exemplo, usando parafusos prisioneiros) ajudará a manter uma faixa de freqüência útil mais alta e o contrário (por exemplo, usando um ímã) o reduzirá. Estabilidade da amplitude. Esta não é uma especificação em si, mas uma descrição de várias. A estabilidade da amplitude descreve uma mudança na sensibilidade do sensor039, dependendo da sua aplicação, por exemplo em diferentes temperaturas ou tempos (ver abaixo). Missa. A massa do acelerômetro deve ser significativamente menor do que a massa do sistema a ser monitorada para que não altere a característica do objeto que está sendo testado. Outras especificações incluem: Deslocamento de zero g (saída de tensão a 0 g) Ruído (resolução mínima do sensor) Desvio de polarização com temperatura (efeito de temperatura na saída de tensão a 0 g) Desvio de sensibilidade com temperatura (efeito de temperatura na saída de tensão por g) O valor de saída do acelerômetro é um escalar correspondente à magnitude do vetor de aceleração. A aceleração mais comum, e a que estamos constantemente expostos, é a aceleração que é o resultado da atração gravitacional da Terra. Este é um valor de referência comum a partir do qual todas as outras acelerações são medidas (conhecido como g, que é aceleradores com saída PWM pode ser usado de duas maneiras diferentes. Para resultados mais precisos, o sinal PWM pode ser inserido diretamente em um microcontrolador onde o dever O ciclo é lido no firmware e traduzido para um valor de aceleração ajustado (verifique com a folha de dados para obter o fator de escala e a impedância de saída necessária). Quando um microcontrolador com entrada PWM não está disponível ou quando outros meios de digitalização do sinal estão sendo usados , Um filtro de reconstrução RC simples pode ser usado para obter uma tensão analógica proporcional à aceleração. Em repouso (50 ciclo de operação), a tensão de saída não representará nenhuma aceleração, valores de tensão mais altos (resultantes de um ciclo de trabalho mais alto) representarão aceleração positiva E os valores mais baixos (ciclo de trabalho lt50) indicam aceleração negativa. Essas tensões podem então ser dimensionadas e usadas, uma vez que a tensão de saída de um acelerador de saída analógico Ter. Uma desvantagem de uma saída digital é que é preciso um pouco mais recursos de temporização do microcontrolador para medir o ciclo de trabalho do sinal PWM. Os protocolos de comunicação podem usar o I2C ou o SPI. Quando comparado com a maioria dos outros sensores industriais, os acelerômetros analógicos requerem um pouco de condicionamento e a comunicação é simples utilizando apenas um conversor analógico para digital (ADC) no microcontrolador. Normalmente, um sinal de saída do acelerômetro precisará de um deslocamento, amplificação e filtração. Para acelerômetros de saída de tensão analógicos, o sinal pode ser uma tensão positiva ou negativa, dependendo da direção da aceleração. Além disso, o sinal é contínuo e proporcional à força de aceleração. Tal como acontece com qualquer sensor destinado a um conversor analógico para digital, o valor deve ser dimensionado ou amplificado para maximizar o alcance da aquisição. A maioria dos conversores analógicos para digitais utilizados em aplicações musicais adquire sinais na faixa 0-5 V. A imagem à direita mostra um circuito de amplificação e deslocamento, incluindo o amplificador operacional a bordo no adl 105, minimizando a necessidade de componentes IC adicionais. O ganho aplicado à saída é definido pela razão R2R1. O deslocamento é controlado pela polarização da tensão com resistência variável R4. O viés de saída dos acelerômetros irá deriva de acordo com a temperatura ambiente. Os sensores são calibrados para operação a uma temperatura específica, tipicamente temperatura ambiente. No entanto, na maioria das aplicações indoor de curta duração, o deslocamento é relativamente constante e estável e, portanto, não precisa de ajuste. Se o sensor for destinado a ser usado em múltiplos ambientes com diferentes temperaturas ambiente, a função de polarização deve ser suficiente para a calibração analógica do dispositivo. Se a temperatura ambiente estiver sujeita a mudanças drásticas ao longo de um único uso, a saída de temperatura deve ser somada no circuito de polarização. Os sensores inteligentes podem até levar isso em consideração. A resolução dos dados adquiridos é finalmente determinada pelo conversor analógico-digital. É possível, no entanto, que o piso de ruído esteja acima da resolução mínima do conversor, reduzindo a resolução do seu sistema. Supondo que o ruído seja igualmente distribuído em todas as freqüências, é possível filtrar o sinal para incluir apenas frequências dentro do intervalo de operação. O filtro requerido depende tanto do tipo de aquisição como da localização do sensor. A largura de banda é principalmente influenciada pelos três modos de operação diferentes do sensor. A medida de aceleração tem uma variedade de usos. O sensor pode ser implementado em um sistema que detecta velocidade, posição, choque, vibração ou a aceleração da gravidade para determinar a orientação (Doscher 2005) Um sistema que consiste em dois sensores ortogonais é capaz de detectar o passo e o rolo. Isso é útil na captura de movimentos de cabeças. Um terceiro sensor ortogonal pode ser adicionado à rede para obter orientação em espaço tridimensional. Isto é apropriado para a detecção de ângulos de caneta, etc. As capacidades de detecção desta rede podem ser ampliadas para seis graus de liberdade de medição espacial pela adição de três giroscópios ortogonais. Como um detector de choque, um acelerômetro está procurando mudanças na aceleração. Este idiota é percebido como uma vibração superdimensionada. Verplaetse delineou as largura de banda associadas a várias implementações de acelerômetros como um dispositivo de entrada. Estes são: ltobject altura quot425quot largura quot344quot gt ltparam valor nome quotmoviequot quotyoutubevZ2ZLf43ql8amphlenampfs1quot gt ltparamgt ltparam valor nome quotallowFullScreenquot quottruequot gt ltparamgt ltparam valor nome quotallowscriptaccessquot quotalwaysquot gt ltparamgt ltembed src quotyoutubevZ2ZLf43ql8amphlenampfs1quot tipo quotapplicationx-ondas de choque-flashquot allowscriptaccess quotalwaysquot allowFullScreen quottruequot largura altura quot425quot quot344quot gt lt embedgt Ltobjectgt Aszkler, Craig. Sensores de aceleração, choque e vibração, em Sensor Technology Handbook, editado por Jon S. Wilson, 137-159. Burlington: Elsevier, 2005. Boser, Bernhard E. e Roger T. Howe. Acelerômetros de superfície Micromachined. IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol. 31, nº 3, (março de 1996): 366-375. Doscher, James (Analog Devices), 2005. Desenho e Aplicações do Acelerômetro. Folheto da empresa, Norwood, MA, 61pp. Elwenspoek, M. e Wiegerink, R. Microsensores mecânicos. 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