가속도계

가속도계는 물체의 고유 가속도를 측정하는 장치이다.[^1] 고유 가속도란 자유 낙하 중인 관찰자(즉, 관성 기준틀)에 대한 물체의 가속도(속도의 변화율)를 말한다.[^2] 고유 가속도는 좌표 가속도와 다르며, 좌표 가속도는 주어진 좌표계에 대한 가속도로서 해당 좌표계 자체가 가속 중일 수도 있고 아닐 수도 있다. 예를 들어, 지구 표면에 정지해 있는 가속도계는 지구 중력으로 인해 수직 위 방향으로[^26] 약 g ≈ 9.81 m/s2의 가속도를 측정하게 된다. 반면, 자유 낙하 중인 가속도계는 가속도를 0으로 측정한다.

고감도 가속도계는 항공기 및 미사일의 관성 항법 장치에 사용된다. 무인 항공기에서는 가속도계가 비행 안정화에 도움을 준다. 미세 가공된 미세전자기계시스템(MEMS) 가속도계는 스마트폰, 카메라, 비디오 게임 컨트롤러 등 휴대용 전자 기기에서 이들 장치의 움직임과 방향을 감지하는 데 사용된다. 산업용 기계의 진동은 가속도계로 모니터링된다. 지진계는 지진과 같은 지반 운동을 감시하는 고감도 가속도계이다.

둘 이상의 가속도계를 서로 연동하면, 공간적 분리 구간에 걸친 고유 가속도의 차이, 특히 중력의 차이를 측정할 수 있으며, 이는 곧 중력장의 기울기를 의미한다. 중력 변화율 측정은 절대 중력이 미약한 효과이며 지구의 국지적 밀도에 의존하고 그 밀도가 상당히 가변적이기 때문에 유용하다.

단축 가속도계는 지정된 축을 따라 가속도를 측정한다. 다축 가속도계는 고유 가속도의 크기와 방향을 벡터량으로 감지하며, 일반적으로 서로 다른 축 방향으로 배치된 여러 개의 단축 가속도계로 구성된다.

물리적 원리

가속도계는 고유 가속도를 측정하는데, 이는 자유낙하에 대한 상대적 가속도이며 사람과 물체가 실제로 느끼는 가속도이다.[^2] 달리 표현하면, 시공간의 어느 지점에서든 등가 원리에 의해 국소 관성 기준틀의 존재가 보장되며, 가속도계는 그 기준틀에 대한 상대적 가속도를 측정한다.[^27] 이러한 가속도는 통상적으로 중력가속도(g-force)로 표시되며, 즉 표준 중력과 비교한 값이다.

지구 표면에 대해 정지해 있는 가속도계는 대략 1 g의 상향 가속도를 표시하는데, 이는 지구 표면이 국소 관성 기준틀(지표면 부근에서 자유낙하하는 물체의 기준틀)에 대해 위쪽으로 수직 항력을 가하기 때문이다. 지구에 대한 운동으로 인한 가속도를 구하려면, 이 "중력 오프셋"을 빼고 관성 기준틀에 대한 지구 자전으로 인한 효과를 보정해야 한다.

중력 오프셋이 나타나는 이유는 아인슈타인의 등가 원리[^28] 때문인데, 이 원리는 물체에 대한 중력의 효과가 가속도와 구별할 수 없다고 말한다. 예를 들어, 지면 반력이나 그에 상응하는 상향 추력을 가하여 중력장 안에서 고정되어 있을 때, 가속도계의 기준틀(자체 외함)은 자유낙하 기준틀에 대해 위쪽으로 가속된다. 이 가속의 효과는 기기가 경험하는 다른 어떤 가속과도 구별할 수 없으므로, 가속도계는 발사대 위의 로켓에 앉아 있는 것과 심우주에서 같은 로켓이 엔진을 사용하여 1 g로 가속하는 것의 차이를 감지할 수 없다. 같은 이유로, 가속도계는 모든 유형의 자유낙하 중에 *영(零)*을 표시한다. 여기에는 어떤 질량체로부터도 먼 심우주에서 관성 비행하는 우주선, 지구 궤도를 도는 우주선, 포물선 "무중력" 곡선을 그리는 비행기, 또는 진공에서의 모든 자유낙하가 포함된다. 또 다른 예로는 대기 효과를 무시할 수 있을 만큼 충분히 높은 고도에서의 자유낙하가 있다.

그러나 여기에는 공기 저항이 항력을 발생시켜 일정한 종단 속도에 도달할 때까지 가속도를 감소시키는 (자유롭지 않은) 낙하는 포함되지 않는다. 종단 속도에서 가속도계는 위쪽으로 1 g의 가속도를 표시한다. 같은 이유로 스카이다이버는 종단 속도에 도달하면 "자유낙하" 중인 것처럼 느끼지 않고, 오히려 위로 솟구치는 공기의 "침대" 위에서 (1 g로) 지지되고 있는 것과 유사한 느낌을 경험한다.

가속도는 SI 단위인 초당 미터 매초(m/s2), CGS 단위인 갈(Gal), 또는 통상적으로 표준 중력(g) 단위로 정량화된다.

지구에 대한 물체의 가속도를 구하는 실용적 목적, 예를 들어 관성 항법 장치에 사용하기 위해서는 국소 중력에 대한 지식이 필요하다. 이는 정지 상태에서 장치를 교정하거나,[^3] 현재 대략적인 위치에서의 알려진 중력 모델로부터 얻을 수 있다.

구조

기본적인 기계식 가속도계는 스프링에 연결된 감쇠 검증 질량체이다. 가속도계가 가속을 받으면, 뉴턴의 제3법칙에 의해 스프링의 압축(또는 신장)이 조정되어 가속을 상쇄하기 위해 질량체에 동등한 힘을 가한다. 스프링의 힘은 길이 변화에 비례하고(훅의 법칙에 따라), 스프링 상수와 질량은 알려진 상수이므로, 스프링의 압축(또는 신장) 측정은 곧 가속도의 측정이기도 하다. 이 시스템은 질량체와 스프링의 진동이 측정을 방해하는 것을 방지하기 위해 감쇠된다. 그러나 감쇠로 인해 가속도계는 주파수 응답 특성을 갖게 된다.

많은 동물은 가속도, 특히 중력을 감지하는 감각 기관을 가지고 있다. 이러한 기관에서 검증 질량체는 보통 하나 이상의 탄산칼슘 결정인 이석(耳石, 라틴어로 "귀의 돌"이라는 뜻) 또는 평형사(平衡砂)로, 신경에 연결된 섬모층 위에서 작용한다. 섬모가 스프링 역할을 하고, 신경이 센서 역할을 한다. 감쇠는 보통 체액에 의해 이루어진다. 인간을 포함한 많은 척추동물은 내이에 이러한 구조를 가지고 있다. 대부분의 무척추동물도 유사한 기관을 가지고 있지만, 청각 기관의 일부는 아니다. 이를 평형낭이라 한다.

기계식 가속도계는 흔히 전자 회로가 미세한 움직임을 감지한 후, 일종의 선형 모터로 검증 질량체를 밀어 멀리 이동하지 못하게 하는 방식으로 설계된다. 모터는 전자석일 수 있으며, 매우 소형인 가속도계에서는 정전기식일 수 있다. 회로의 전자적 거동을 정밀하게 설계할 수 있고, 검증 질량체가 멀리 이동하지 않으므로, 이러한 설계는 매우 안정적이고(즉, 진동하지 않고), 제어된 주파수 응답을 가진 매우 선형적인 특성을 보인다. (이를 서보 모드 설계라 한다.)

기계식 가속도계에서 측정은 흔히 전기식, 압전식, 압저항식 또는 정전용량식으로 이루어진다. 압전 가속도계는 압전 세라믹 센서(예: 지르콘산 티탄산 납) 또는 단결정(예: 석영, 전기석)을 사용한다. 이들은 고주파 측정, 경량 패키징, 고온 내성에서 비할 데 없는 성능을 보인다. 압저항 가속도계는 충격(매우 높은 가속도)에 더 강하다. 정전용량 가속도계는 일반적으로 실리콘 미세가공 감지 소자를 사용한다. 이들은 저주파 측정에 우수하다.

현대의 기계식 가속도계는 흔히 소형 미세전자기계시스템(MEMS)이며, 검증 질량체(관성 질량이라고도 함)가 달린 외팔보 이상의 구조가 거의 필요 없는 매우 단순한 MEMS 장치인 경우가 많다. 감쇠는 장치 내부에 밀봉된 잔류 기체에 의해 이루어진다. Q 인자가 너무 낮지 않은 한, 감쇠가 감도 저하를 초래하지는 않는다.

외부 가속도의 영향을 받으면, 검증 질량체는 중립 위치에서 변위된다. 이 변위는 아날로그 또는 디지털 방식으로 측정된다. 가장 일반적으로는 고정 빔 세트와 검증 질량체에 부착된 빔 세트 사이의 정전용량이 측정된다. 이 방법은 단순하고, 신뢰성이 높으며, 비용이 저렴하다. 스프링에 압저항체를 집적하여 스프링 변형, 즉 변위를 감지하는 것도 좋은 대안이지만, 제조 과정에서 몇 단계의 추가 공정이 필요하다. 매우 높은 감도를 위해서는 양자 터널링도 사용되는데, 이는 전용 공정이 필요하여 매우 고가이다. 광학 측정은 실험실 장치에서 시연된 바 있다.

또 다른 MEMS 기반 가속도계는 열(또는 대류) 가속도계이다.[^29] 이 장치는 매우 작은 돔 안에 소형 히터를 포함한다. 이 히터가 돔 내부의 공기나 다른 유체를 가열한다. 열 기포가 검증 질량체 역할을 한다. 돔 내부에 있는 온도 센서(서미스터 또는 열전퇴와 같은)가 돔의 한 지점에서 온도를 측정한다. 이를 통해 돔 내부에서 가열된 기포의 위치를 측정한다. 돔이 가속되면, 더 차갑고 밀도가 높은 유체가 가열된 기포를 밀어낸다. 측정된 온도가 변화한다. 온도 측정값은 가속도로 해석된다. 유체가 감쇠를 제공한다. 유체에 작용하는 중력이 스프링 역할을 한다. 검증 질량체가 매우 가벼운 기체이고 빔이나 레버에 의해 고정되지 않으므로, 열 가속도계는 높은 충격에도 견딜 수 있다. 또 다른 변형은 와이어를 사용하여 기체를 가열하는 동시에 온도 변화를 감지한다. 온도 변화는 와이어의 저항을 변화시킨다. 하나의 돔, 하나의 기포, 그리고 두 개의 측정 장치로 2차원 가속도계를 경제적으로 제작할 수 있다.

대부분의 미세기계 가속도계는 면내(in-plane) 방식으로 작동한다. 즉, 다이 평면 내의 한 방향에 대해서만 민감하도록 설계된다. 하나의 다이에 두 개의 장치를 직교하게 집적하면 2축 가속도계를 만들 수 있다. 면외(out-of-plane) 장치를 하나 더 추가하면 3축을 측정할 수 있다. 이러한 조합은 패키징 후 세 개의 개별 모델을 결합하는 것보다 훨씬 낮은 정렬 오차를 가질 수 있다.

미세기계 가속도계는 수천 g에 달하는 넓은 범위의 측정 영역에서 사용할 수 있다. 설계자는 감도와 측정 가능한 최대 가속도 사이에서 절충해야 한다.

응용 분야

공학

가속도계는 차량의 가속도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 가속도계는 자동차, 기계, 건물, 공정 제어 시스템 및 안전 설비의 진동을 측정하는 데 사용될 수 있다. 또한 지진 활동, 경사, 기계 진동, 동적 거리 및 속도를 중력의 영향 유무와 관계없이 측정하는 데 사용될 수 있다. 중력을 측정하는 가속도계의 응용 분야, 즉 가속도계가 중력 측정에 특화되어 구성된 경우를 중력계라고 한다.

생물학

가속도계는 생물과학 분야에서도 점점 더 많이 사용되고 있다. 2축[^30] 또는 3축 가속도의 고주파 기록[^31]은 동물이 시야 밖에 있을 때 행동 패턴을 식별할 수 있게 해준다. 또한 가속도 기록을 통해 연구자들은 사지 움직임 빈도 측정[^32]이나 전체 동적 신체 가속도[^33]와 같은 측정값을 통해 야생에서 동물이 에너지를 소비하는 속도를 정량화할 수 있다. 이러한 접근 방식은 시각적 관찰로 야생 동물을 연구할 수 없는 해양 과학자들이 주로 채택해 왔으나, 점점 더 많은 육상 생물학자들도 유사한 접근 방식을 채택하고 있다. 예를 들어, 가속도계는 해리스매(Parabuteo unicinctus)의 비행 에너지 소비를 연구하는 데 사용되었다.[^34] 연구자들은 또한 스마트폰 가속도계를 사용하여 저항 운동의 역학-생물학적 기술자를 수집하고 추출하고 있다.[^35] 연구자들은 야생에서 동물 행동을 더 잘 이해하기 위해 카메라나 마이크와 같은 추가 기술과 함께 가속도계를 점점 더 많이 배치하고 있다(예: 캐나다스라소니의 사냥 행동[^36]).

산업

가속도계는 터빈, 펌프,[^37] 팬,[^38] 롤러,[^39] 압축기[^4][^40] 또는 베어링 결함[^41] 등 회전 장비의 베어링에서 축의 진동과 시간에 따른 변화를 보고하는 기계 상태 모니터링에도 사용된다. 이를 신속히 처리하지 않으면 비용이 많이 드는 수리로 이어질 수 있다. 가속도계 진동 데이터를 통해 사용자는 기계를 모니터링하고 회전 장비가 완전히 고장나기 전에 이러한 결함을 감지할 수 있다.

건물 및 구조물 모니터링

가속도계는 건물, 교량 및 기타 토목 인프라의 구조 건전성 모니터링(SHM)에 널리 사용되며, 주변 및 강제 하중(예: 바람, 교통, 기계 및 지진) 하에서의 동적 응답을 기록한다. 이러한 진동 기록으로부터 엔지니어들은 모달 특성—고유 진동수, 감쇠비 및 모드 형상—을 추정하며, 공용 중인 구조물에 대해서는 운영 모달 해석(OMA) 기법을 자주 사용한다. 이러한 매개변수는 상태 평가 및 모델 갱신을 위해 시간에 따라 추적된다.[^5]

지진 지역에서는 건물 및 기타 구조물에 설치된 가속도계 배열이 신속한 사후 평가 및 장기 성능 연구를 위한 강진 데이터를 제공한다. 미국에서는 미국 지질조사국의 국가 강진 관측 프로젝트(NSMP)가 구조물 배열을 운영하고 공학 강진 데이터 센터(CESMD)를 통해 건물 및 구조물 기록을 배포한다.[^6][^7]

건물 진동 측정을 위한 계측 및 데이터 품질 관행은 국제 표준에 의해 안내된다. ISO 4866은 고정 구조물의 진동 측정 및 구조 응답에 기반한 진동 영향 평가 원칙을 제공하며, ISO 10137은 인간의 인지, 내용물 및 구조물 자체와 관련하여 건물 및 보행로의 사용성 권고사항을 제공한다.[^8][^9]

가속도계 기술의 선택은 주파수 범위와 진폭에 따라 달라진다. 압전 가속도계는 고주파, 고진폭 측정에 일반적으로 사용되며, 저잡음 MEMS 가속도계는 비용 및 전력 이점으로 인해 저주파 건물 및 교량 모니터링과 고밀도 또는 무선 배치에 매력적인 대안이 되었다. 최근 평가 및 개발에 따르면 적절히 선택된 MEMS 장치는 SHM에 허용 가능한 정확도로 모달 매개변수를 식별할 수 있으며, 고감도 무선 노드에 통합되었다.[^10][^11][^12]

네트워크화된 무선 스마트 센서 접근 방식은 대규모 분산 모니터링을 가능하게 한다. 관련 리뷰들은 유선에서 무선 SHM 시스템으로의 전환과 주변 진동 모달 식별 및 지속적 추세 분석과 같은 작업을 위한 무선 스마트 센서 네트워크의 성숙을 기록하고 있다.[^13][^10]

가속도계는 특히 대형 또는 유연한 구조물의 변위 및 층간변위 추정을 개선하기 위해 다른 센서와 융합되는 경우가 많다. GNSS는 가속도계 기반 동역학을 보완하는 준정적 및 초저주파 운동을 제공하며, 최근 연구에서는 고속 또는 다중 GNSS 솔루션과 가속도계를 결합하여 정확한 동적 변위 추출을 보고하고 있다.[^14][^15]

영구적으로 계측된 자산 외에도, 스마트폰 가속도계를 사용한 간접적 및 크라우드소싱 접근 방식이 특히 교량에 대해 탐구되었다. 연구에 따르면 모달 주파수—그리고 경우에 따라 공간적 진동 특성—을 교량을 통과하는 차량에서 수집한 가속도계 데이터로부터 추정할 수 있으며, 이는 대규모 인벤토리를 위한 보완적이고 저비용인 선별 도구를 제공한다. 관련 연구에서는 스마트폰 기반 건물 주변 진동 모니터링도 평가하였다.[^16][^17][^18]

장기 사례 연구는 대규모 배치를 보여준다. 홍콩의 풍하중 및 구조 건전성 모니터링 시스템(WASHMS)은 1997년부터 칭마대교를 계측해 왔으며, 후속 출판물들은 공용 중 하중 및 응답에 대한 수십 년간의 모니터링을 보고하고 있다. 스코틀랜드의 퀸즈페리 크로싱은 수천 개의 센서를 포함한 종합적인 SHM 시스템을 갖추었으며, 시드니 하버 브리지는 실시간 모니터링을 위해 수천 개의 센서로 계측된 것으로 보고되었다.[^19][^20][^21][^22]

SHM 데이터는 지속적인 상태 추적, 사건 발생 시 평가(예: 지진 후), 그리고 자산 관리 결정 지원에 사용된다. 교량 공학에서 교통 기관의 지침은 가속도계 측정을 포함한 현장 데이터를 검사 및 비파괴 평가와 통합하여 하중 등급 신뢰성 및 유지보수 계획을 개선하는 방법을 설명한다.[^23]

의료 응용

Zoll의 AED Plus는 CPR 흉부 압박 깊이를 측정하기 위한 가속도계가 포함된 CPR-D•padz를 사용한다.

지난 몇 년간 여러 회사들이 러너의 속도와 거리를 측정하는 데 도움이 되는 가속도계가 포함된 풋팟이 장착된 스포츠 시계를 생산하고 판매해 왔다.

벨기에에서는 사람들이 매일 수천 보를 걷도록 장려하기 위해 정부가 가속도계 기반 만보계를 홍보하고 있다.

Herman Digital Trainer는 체력 훈련에서 타격력을 측정하기 위해 가속도계를 사용한다.[^42][^43]

머리 충돌의 충격을 측정하기 위해 가속도계가 장착된 미식축구 헬멧을 제작하는 것이 제안되었다.[^44] 미국 육군 연구소는 이 용도로 제안된 3축 가속도 스위치를 개발하였다.

가속도계는 입각기 및 유각기와 같은 보행 매개변수를 계산하는 데 사용되어 왔다. 이러한 종류의 센서는 사람을 측정하거나 모니터링하는 데 사용될 수 있다.[^45][^46]

항법

관성 항법 시스템은 외부 기준 없이 컴퓨터와 운동 센서(가속도계)를 사용하여 추측 항법을 통해 이동 물체의 위치, 방향 및 속도(이동 방향과 속력)를 지속적으로 계산하는 항법 보조 장치이다. 관성 항법 시스템 또는 밀접하게 관련된 장치를 지칭하는 다른 용어로는 관성 유도 시스템, 관성 기준 플랫폼 및 기타 다양한 변형이 있다.

가속도계 단독으로는 중력의 수직 감소가 유의미한 거리, 예를 들어 항공기와 로켓의 경우 고도 변화를 결정하기에 부적합하다. 중력 구배가 존재하는 경우, 보정 및 데이터 처리 과정이 수치적으로 불안정하다.[^47][^48]

교통

가속도계는 전문적[^49] 및 아마추어[^50] 로켓 분야 모두에서 최고점을 감지하는 데 사용된다.

가속도계는 지능형 다짐 롤러에도 사용되고 있다. 가속도계는 관성 항법 시스템에서 자이로스코프와 함께 사용된다.[^51]

MEMS 가속도계의 가장 일반적인 용도 중 하나는 현대 자동차의 에어백 전개 시스템이다. 이 경우 가속도계는 차량의 급격한 음의 가속도를 감지하여 충돌 발생 여부와 충돌의 심각도를 판단하는 데 사용된다. 또 다른 일반적인 자동차 용도는 전자 안정성 제어 시스템으로, 횡방향 가속도계를 사용하여 코너링 힘을 측정한다. 자동차 산업에서의 가속도계 광범위한 사용은 그 비용을 극적으로 낮추었다.[^52] 또 다른 자동차 응용 분야는 운전자와 승객에게 불쾌감을 유발하고 기계적 결함의 지표가 될 수도 있는 소음, 진동 및 거칠기(NVH) 상태의 모니터링이다.

틸팅 열차는 필요한 기울기를 계산하기 위해 가속도계와 자이로스코프를 사용한다.^53

화산학

현대 전자 가속도계는 마그마의 움직임을 감지하기 위해 활화산 모니터링용 원격 감지 장치에 사용된다.[^54]

소비자 전자제품

가속도계는 장치의 방향을 감지하기 위해, 예를 들어 디스플레이 화면의 방향을 감지하기 위해 개인 전자 장치에 점점 더 많이 통합되고 있다.

자유낙하 센서(FFS)는 시스템이 떨어져서 낙하 중인지를 감지하는 데 사용되는 가속도계이다. 이후 하드 디스크의 헤드를 파킹하여 충격 시 헤드 충돌 및 그로 인한 데이터 손실을 방지하는 등의 안전 조치를 적용할 수 있다. 이 장치는 다양한 제조업체가 생산하는 많은 일반적인 컴퓨터 및 소비자 전자 제품에 포함되어 있다. 또한 배송 컨테이너의 취급 작업을 모니터링하기 위한 일부 데이터 로거에도 사용된다. 자유낙하 시간은 낙하 높이를 계산하고 패키지에 대한 충격을 추정하는 데 사용된다.

동작 입력

![Tri-axis Digital Accelerometer by [Kionix , inside Motorola Xoom]] 일부 스마트폰, 디지털 오디오 플레이어 및 개인 휴대 정보 단말기에는 사용자 인터페이스 제어를 위한 가속도계가 포함되어 있으며, 종종 가속도계는 장치가 잡힌 방식에 따라 가로 또는 세로 보기를 표시하는 데 사용된다. Apple은 모든 세대의 iPhone, iPad, iPod touch와 4세대 이후의 모든 iPod nano에 가속도계를 포함시켰다. 방향 보기 조정과 함께, 모바일 장치의 가속도계는 전용 애플리케이션과 결합하여 만보계로도 사용될 수 있다.[^55]

자동 충돌 알림(ACN) 시스템도 차량 충돌 시 도움을 요청하는 시스템에 가속도계를 사용한다. 주요 ACN 시스템으로는 OnStar AACN 서비스, Ford Link의 911 Assist, Toyota의 Safety Connect, Lexus Link 또는 BMW Assist가 있다. 많은 가속도계 장착 스마트폰에도 다운로드 가능한 ACN 소프트웨어가 있다. ACN 시스템은 충돌 강도의 가속도를 감지하여 활성화된다.

가속도계는 차량의 실제 움직임을 측정하기 위해 차량 전자 안정성 제어 시스템에 사용된다. 컴퓨터는 차량의 실제 움직임을 운전자의 조향 및 스로틀 입력과 비교한다. 안정성 제어 컴퓨터는 운전자 입력과 차량의 실제 움직임 간의 차이를 최소화하기 위해 개별 바퀴를 선택적으로 제동하거나 엔진 출력을 줄일 수 있다. 이를 통해 차량의 스핀이나 전복을 방지할 수 있다.

일부 만보계는 기계식 센서보다 더 정확하게 걸음 수와 이동 거리를 측정하기 위해 가속도계를 사용한다.

Nintendo의 Wii 비디오 게임 콘솔은 3축 가속도계가 포함된 Wii 리모컨이라는 컨트롤러를 사용하며, 주로 동작 입력을 위해 설계되었다. 사용자는 추가 동작 감지 부속품인 눈척을 구매하여 양손의 동작 입력을 독립적으로 기록할 수도 있다. Nintendo 3DS 시스템에서도 사용된다.

수면 단계 알람 시계는 수면자의 움직임을 감지하기 위해 가속도 센서를 사용하여, 사람이 REM 단계가 아닐 때 깨워 더 쉽게 기상할 수 있도록 한다.[^56]

음향 녹음

마이크 또는 고막은 공기 압력의 진동에 반응하는 막이다. 이러한 진동은 가속도를 유발하므로, 가속도계를 사용하여 소리를 녹음할 수 있다.[^57] 2012년 연구에 따르면 흉골에 고정된 스마트폰의 가속도계와 같은 가속도계로 일상적인 상황의 93%에서 음성을 감지할 수 있는 것으로 나타났다.[^58]

반대로, 신중하게 설계된 소리는 가속도계가 잘못된 데이터를 보고하게 할 수 있다. 한 연구에서 20개 모델의 (MEMS) 스마트폰 가속도계를 테스트한 결과, 대다수가 이 공격에 취약한 것으로 나타났다.[^59]

방향 감지

21세기의 많은 장치들은 장치가 향하는 방향에 따라 화면을 정렬하기 위해 가속도계를 사용한다(예: 세로 모드와 가로 모드 간 전환). 이러한 장치에는 많은 태블릿 PC와 일부 스마트폰 및 디지털 카메라가 포함된다. 2004년에 출시된 휴대용 Linux 장치인 Amida Simputer는 내장 가속도계를 탑재한 최초의 상용 휴대 장치였다. 페이지 넘기기, 이미지 확대 및 축소, 세로에서 가로 모드로의 전환, 그리고 많은 간단한 제스처 기반 게임을 포함한 가속도계를 활용한 다양한 제스처 기반 상호작용을 통합하였다.

2009년 1월 기준으로, 거의 모든 새로운 휴대전화와 디지털 카메라에는 자동 이미지 회전, 동작 감응 미니 게임 및 사진 촬영 시 흔들림 보정을 위한 최소한 기울기 센서, 때로는 가속도계가 포함되어 있다.

이미지 안정화

캠코더는 의도하지 않은 움직임을 상쇄하기 위해 광학 요소를 이동시켜 센서로의 광경로를 조정하거나, 감지된 움직임을 부드럽게 하기 위해 디지털 방식으로 이미지를 이동시키는 이미지 안정화에 가속도계를 사용한다. 일부 스틸 카메라는 흔들림 방지 촬영을 위해 가속도계를 사용한다. 카메라가 움직이고 있을 때는 촬영을 보류한다. 카메라가 정지해 있을 때(진동의 경우처럼 단 1밀리초라도), 이미지가 촬영된다. 이 기술의 응용 사례로는 Nokia N96과 같은 가속도계 장착 Symbian 기반 폰에서 실행되는 폰 애플리케이션인 Glogger VS2가 있다.^60 일부 디지털 카메라에는 촬영 중인 사진의 방향을 결정하고 보기 시 현재 사진을 회전시키기 위한 가속도계가 포함되어 있다.

장치 보전

많은 노트북에는 낙하를 감지하는 데 사용되는 가속도계가 장착되어 있다. 낙하가 감지되면 후속 충격에 의한 데이터 손실 및 헤드 또는 디스크 손상을 방지하기 위해 하드 디스크의 헤드가 파킹된다.

중력 측정

중력계 또는 중력측정기는 국부 중력장을 측정하기 위해 중력 측정에 사용되는 기기이다. 중력계는 가속도계의 일종이지만, 가속도계는 진동 가속도를 유발하는 잡음을 포함한 모든 진동에 민감하다. 이는 중력계에서 통합 진동 차단 및 신호 처리로 상쇄된다. 설계의 기본 원리는 가속도계와 동일하지만, 중력계는 일반적으로 지구 중력의 매우 미세한 변화, 즉 1 g의 변화를 측정하기 위해 가속도계보다 훨씬 더 민감하게 설계된다. 반면, 다른 가속도계는 종종 1000 g 이상을 측정하도록 설계되며, 많은 것이 다축 측정을 수행한다. 중력계의 시간 분해능에 대한 제약은 일반적으로 덜하므로, 더 긴 "시정수"로 출력을 처리하여 분해능을 높일 수 있다.

가속도계의 종류

• 벌크 마이크로머시닝 정전용량식
• 벌크 마이크로머시닝 압전 저항식
• 정전용량 스프링 질량 시스템 기반
• DC 응답식
• 전기기계식 서보 (서보 힘 평형)
• 고중력
• 고온
• 레이저 가속도계
• 저주파
• 자기 유도
• 모달 튜닝 충격 해머
• 영평형식
• 광학식
• 진자 적분 자이로스코프 가속도계 (PIGA)
• 압전 가속도계
• 양자식 (루비듐 원자 구름, 레이저 냉각)
• 공진식
• 시트 패드 가속도계
• 전단 모드 가속도계
• 스트레인 게이지
• 표면 탄성파 (SAW)
• 표면 마이크로머시닝 정전용량식 (MEMS)
• 열식 (서브마이크로미터 CMOS 공정)
• 3축식
• 유연 양극 진공 다이오드[^61]
• 전위차계식
• LVDT형 가속도계

악용 및 개인정보 보호 우려

많은 모바일 기기에서 사용자 허가 없이 서드파티 앱이 접근할 수 있는 가속도계 데이터는,[^24] 기록된 움직임 패턴(예: 운전 습관, 음주 수준, 나이, 성별, 터치스크린 입력, 지리적 위치)을 기반으로 사용자에 대한 풍부한 정보를 추론하는 데 사용되어 왔다.[^25] 이것이 사용자의 인지나 동의 없이 이루어질 경우, 이를 추론 공격이라고 한다. 또한, 수백만 대의 스마트폰이 가속도계를 통한 소프트웨어 크래킹에 취약할 수 있다.[^62][^63]

같이 보기

• 강진계
• 자유도
• 중력가속도
• 지오폰
• 자이로스코프
• 경사계
• 관성 측정 장치
• 관성 항법 장치
• 자력계
• 지진계
• 진동 교정기

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참고 문헌

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