ACELEROMETROS - INSTRUMENTACION

SENSORES DE ACELERACIÓN

EDGAR ANTONIO TORRES GUTIÉRREZ ISC 9º CUATRIMESTRE Instrumentación

TABLA DE CONTENIDOS

INTRODUCCIÓN  ACELERÓMETRO  TIPOS DE ACELERÓMETROS  APLICACIONES  CIRCUITOS PRÁCTICOS  VIDEOS 

INTRODUCCIÓN 

La aceleración es la magnitud física que mide la tasa de variación de la velocidad respecto del tiempo.



Las unidades para expresar la aceleración serán unidades de velocidad divididas por las unidades de tiempo (m/s2).

INTRODUCCIÓN 

La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.



Dicha aceleración tiene valores diferentes dependiendo del cuerpo sobre el que se mida; así, para la Tierra se considera un valor de 9,8 m/s² (1g) = Gravedad.

INTRODUCCIÓN Aceleración de la gravedad 1 g Pasajero de un coche en curva 1 g Coche de Fórmula 1 en curva 3 g Bobsled en curva 5 g Pérdida de conciencia 7 g Transbordador espacial 10 g

I. ACELERÓMETRO

ACELERÓMETRO Son dispositivos provistos de una masa móvil, resorte, sobre el cual se aplica la fuerza que producirá la aceleración o deceleración.

ACELERÓMETRO Variaciones: - la tensión de un muelle. - la deformación de un elemento. - la frecuencia de vibración de una masa.

Elementos: - Masa. - Mecanismo de suspensión. - Sensor.

II.TIPOS DE ACELERÓMETRO

TIPOS DE ACELERÓMETRO 1. Acelerómetro capacitivo  Al actuar una aceleración sobre la masa m se produce un movimiento de la misma en sentido opuesto lo que produce una variación sobre la capacidad eléctrica. Con ese valor eléctrico se puede medir la fuerza que se ejerció sobre la masa.

TIPOS DE ACELERÓMETRO 1. Acelerómetro capacitivo Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa). El electrodo externo puede estar realizado de dos modos diferentes; en algunas aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a masa; entonces la capacidad en cuestión variará en función de la distancia que hay entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa fija y, entonces, el cuerpo a detectar utilizado como dieléctrico se introduce entre la masa y la placa activa, modificando así las características del condensador equivalente.

TIPOS DE ACELERÓMETRO 1. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO 1. Acelerómetro capacitivo a. Detección de nivel En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor, varía el dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia. b. Sensor de humedad El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permitividad con respecto a la humedad del ambiente. c. Detección de posición Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado en industrias químicas. pero como sabemos este tipo de aplicacion no suele ser lo correcto

TIPOS DE ACELERÓMETRO 2. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO 1. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO 2. Acelerómetro piezoeléctrico  

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El acelerómetro piezoeléctrico funciona en forma similar. El desplazamiento de la masa al actuar sobre ella una aceleración, produce la deformación de los elementos piezoeléctricos que la soportan. La variación de la presión crea diferencias de potencial proporcionales a ésta. De esta forma puede ser medida la fuerza que actuó sobre la masa y por ende la aceleración (Recordemos la primera ley de newton F=m.a)

TIPOS DE ACELERÓMETRO 3. Acelerómetro piezoresistivo

Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente. Utiliza un sustrato en vez de un cristal piezoeléctrico, en esta tecnología las fuerzas que ejerce la masa sobre el 10 sustrato varían su resistencia, que forma parte de un circuito que mediante un puente de Whetstone mide la intensidad de la corriente. La ventaja de esta tecnología respecto a la piezo-eléctrica es que pueden medir aceleraciones hasta cero Hz de frecuencia.

TIPOS DE ACELERÓMETRO 4. Acelerómetro Micromecánicos MEMS Este tipo de dispositivos ha sido desarrollado para su empleo como sensor de impacto en los sistemas de airbag, en sistemas antibloqueo de frenos o en cualquier otro proceso en que se pretenda medir impacto.

TIPOS DE ACELERÓMETRO 5. Acelerómetro Térmico La principal característica de estos dispositivos es que tienen sólo un elemento móvil, la burbuja diminuta de aire caliente, herméticamente sellada dentro de una cavidad existente en el encapsulado del sensor. Cuando una fuerza externa como el movimiento, la inclinación, o la vibración es aplicada, la burbuja de aire caliente se mueve de una forma análoga al mismo.

TIPOS DE ACELERÓMETRO

III. APLICACIONES

APLICACIONES

IV. TIPOS DE APLICACIONES

TIPOS DE APLICACIONES 1. Medida de inclinación (un eje)

TIPOS DE APLICACIONES 2. Medida de inclinación (dos ejes)

TIPOS DE APLICACIONES 3. Medida de inclinación (tres ejes)

TIPOS DE APLICACIONES 4. Medida de la caída libre

En reposo Sfactor= 1

En caída libre Sfactor= 0

TIPOS DE APLICACIONES 5. Medida de impactos

TIPOS DE APLICACIONES 6. Medida de posición/movimiento

Para determinar la velocidad integramos la aceleración

TIPOS DE APLICACIONES 6. Medida de posición/movimiento

Para determinar el desplazamiento integramos la velocidad

TIPOS DE APLICACIONES 7. Medida de vibraciones 1º considerar es la frecuencia de la vibración. Esto determinará el tipo de frecuencia de corte. 2º considerar es el rango de medidas, en función de la vibración medida o la fuerza del motor, habrá un tipo diferente de rango. Esto determina el tipo de acelerómetro. 3º considerar es donde se monta el acelerómetro. Sensibilidad del eje a considerar.

V. CIRCUITOS PRÁCTICOS

CIRCUITOS PRÁCTICOS ADXL335

CIRCUITOS PRÁCTICOS ADXL335

Sensor de tipo capacitivo basado en tecnología MEMS, de tres ejes (XYZ) Alimentación de 1,8 a 3,6 V, rango de funcionamiento ±3g. AB para ejes X Y de 0,5 Hz a 1500 Hz, para eje Z 0,5 a 550 Hz

CIRCUITOS PRÁCTICOS ADXL335

1

NC

No Connect.1

2

ST

Self-Test.

3

COM

Common.

4

NC

No Connect.1

5

COM

Common.

6

COM

Common.

7

COM

Common.

8

ZOUT

Z Channel Output.

9

NC

No Connect.1

10

YOUT

Y Channel Output.

11

NC

No Connect. 1

12

XOUT

X Channel Output.

13

NC

No Connect. 1

14

VS

Supply Voltage (1.8 V to 3.6 V).

15

VS

Supply Voltage (1.8 V to 3.6 V).

16

NC

No Connect. 1

EP

Exposed Pad

Not internally connected. Solder for mechanical integrity.

CIRCUITOS PRÁCTICOS ADXL335

CIRCUITOS PRÁCTICOS LM1117

U1

5V

VS=3,3V

LM1117 3

IN

OUT

2

5V

       D        N        G

R1

U2:A

100K

       1

       8

3

VREF1

R5

1 2

220

R2 10K

       4

D1 LED

TL072

VS/2= 1,65V VS=3,3V

U2:B

R3 10K VCC GND X ADXL335 Y Z ST

       8

5 7 6

VREF2

R4 100K

R6 220

       4

D2 TL072

LED

VI. VIDEOS

REFERENCIAS          

- “Instrumentacin electrnica”. M.A.Prez; J.C. Alvarez; J.C.Campo; F.J.Ferrero; G.JGrillo. - “Sensores para micro-robots” Jose ́ Manuel Pastor Garca. - SILICA - ENTRAN - SEIKA - METRA - Sensing S.L. - Wilcoxon Research - Jewell Instruments - IDM-instrumentos