SENSORES DE ACELERACIÓN

EDGAR ANTONIO TORRES GUTIÉRREZISC 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.

Aceleración de la gravedad 1 g

Pasajero de un coche en curva 1 g

Pérdida de conciencia 7 g

Transbordador espacial 10 g

Coche de Fórmula 1 en curva 3 g

Bobsled en curva 5 g

INTRODUCCIÓN

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

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

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.

1. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO

1. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO

a. Detección de nivelEn 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 humedadEl 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 posiciónEsta 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

1. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO

2. Acelerómetro capacitivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO

TIPOS DE ACELERÓMETRO

1. Acelerómetro capacitivo

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)

2. Acelerómetro piezoeléctrico

TIPOS DE ACELERÓMETRO

3. Acelerómetro piezoresistivo

TIPOS DE ACELERÓMETRO

Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente.

Utiliza un sustrato en vez de un cristal piezo-eléctrico, 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.

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

TIPOS DE ACELERÓMETRO

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.

5. Acelerómetro Térmico

TIPOS DE ACELERÓMETRO

III. APLICACIONES

APLICACIONES

IV. TIPOS DE APLICACIONES

TIPOS DE APLICACIONES

1. Medida de inclinación (un eje)

2. Medida de inclinación (dos ejes)

TIPOS DE APLICACIONES

3. Medida de inclinación (tres ejes)

TIPOS DE APLICACIONES

4. Medida de la caída libreEn 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.

TIPOS DE APLICACIONES

V. CIRCUITOS PRÁCTICOS

CIRCUITOS PRÁCTICOS

ADXL335

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

ADXL3351 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

5V

R1100K

R210K

R310K

R4100K

3

21

84

U2:A

TL072

5

67

84

U2:B

TL072

5V

R5

220

R6

220

D1LED

D2LED

VS=3,3V

ADXL335

VCCGND

XYZ

ST

VS=3,3V

VREF1

VREF2

VS/2= 1,65V

IN3

OUT2

GN

D1

U1LM1117

CIRCUITOS PRÁCTICOS

VI. VIDEOS

REFERENCIAS -  “Instrumentación electrónica”. M.A.Pérez; J.C.Alvarez; J.C.Campo;

F.J.Ferrero; G.JGrillo. -  “Sensores para micro-robots” José Manuel Pastor García. -  SILICA -  ENTRAN -  SEIKA -  METRA -  Sensing S.L. -  Wilcoxon Research -  Jewell Instruments -  IDM-instrumentos

VII. GRACIAS