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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
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