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AREA DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Oviedo

ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y MEDIDA

María Jesús Gonzalo Arribas Curso 2004-2005

INTRODUCCIÓN

Las técnicas convencionales para detectar y medir la aceleración se

fundamenta en el primer principio descubierto por Newton y descritos en su Principio de Newton en 1687. La aceleración constante de una masa implica una fuerza (F = m * a), donde F es la fuerza, a es la aceleración y m es la masa.

Muchos acelerómetros operan detectando la fuerza ejercida en una masa por una limitación elástica.

Considerando un sistema mecánico simple, que consiste en una masa fija m,

con un muelle con una rigidez k (constante). Si la masa se desplaza una distancia x, la aceleración debida a la fuerza restauradora del muelle es F = k * x. Substituyendo en la ecuación de Newton, encontramos que a=k*x/m y podemos derivar la magnitud de la aceleración observando el desplazamiento x de la masa fija. Este principio fundamental se utiliza hasta en el más sofisticado y caro acelerómetro electromecánico; así también trabajan los modernos acelerómetros micromecanizados.

La Aceleración es el cambio de la velocidad. La unidad de medida es: m/s², g (1g = 9.8m/s²)

La medida de la aceleración es muy utilizada últimamente gracias a las

excelentes prestaciones de los sensores desarrollados para ser aplicados en sistemas de seguridad en automoción como en el caso del airbag. Los primeros sensores de aceleración eran unos sistemas muy complejos y no muy fiables que se basaban en la medida de los desplazamientos de una masa inercial sujeta a la aceleración con resortes que contrarrestaban el efecto de la fuerza generada por la masa.

Otras variables que llevan implícita la medida de la aceleración son los sensores de impacto que se caracterizan por la detección de fuertes aceleraciones





en cortos períodos de tiempo como en el caso de los sensores de choque que disparan los airbag.

Los sensores utilizados para medir la aceleración se denominan acelerómetros.

Los acelerómetros son sensores inerciales que miden la segunda derivada de la posición. Un acelerómetro mide la fuerza de inercia generada cuando una masa es afectada por un cambio de velocidad.

Esta fuerza puede variar: - la tensión de un muelle. - la deformación de un elemento. - la frecuencia de vibración de una masa.

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

Los de alta calidad incluyen realimentación para mejorar la linealidad.

TIPOS DE ACELERÓMETROS

- Acelerómetros mecánicos Emplean una masa inerte y resortes elásticos. Los cambios se miden con

galgas extensiométricos, incluyendo sistemas de amortiguación que evitan la propia oscilación. También se emplean sistemas rotativos desequilibrados que originan movimientos oscilatorios cuando están sometidos a aceleración





(servoacelerómetros) o detectan el desplazamiento de una masa inerte mediante cambios en la transferencia de calor ( acelerómetros térmicos ).

- Acelerómetros capacitivos Modifican la posición relativa de las placas de un microcondensador cuando

está sometido a aceleración. El movimiento paralelo de una de las placas del condensador hace variar su capacidad. Los acelerómetros capacitivos basan su funcionamiento en la variación de la capacidad entre dos ó más conductores entre los que se encuentra un dieléctrico, en respuesta a la variación de la aceleración.

Los sensores capacitivos en forma de circuito integrado en un chip de silicio se emplean para la medida de la aceleración. Su integración en silicio permite reducir los problemas derivados de la temperatura, humedad, capacidades parásitas, terminales, alta impedancia de entrada, etc.

Cuando se observa el sensor micromecanizado parece una "H". Los delgados y largos brazos de la "H" están fijos al substrato. Los otros elementos están libres para moverse, lo forman una serie de filamentos finos, con una masa central, cada uno actúa como una placa de un condensador variable, de placas paralelo.

La aceleración o desaceleración en el eje “SENSOR”, ejerce una fuerza a la masa central. Al moverse libremente, la masa desplaza las minúsculas placas del condensador, provocando un cambio de capacidad.

Este cambio de capacidad es detectado y procesado para obtener un voltaje de salida fácil de utilizar utilizando una tecnología BiCMOS (BiMOS II).

El dispositivo realmente trabaja en un lazo de control electrónico de

fuerza/balanceo. Este lazo de control evita el movimiento de la masa en





aceleración, por la aplicación de una fuerza igual pero opuesta creada por la aplicación de un voltaje en las placas del condensador. Este voltaje aplicado es directamente proporcional a la aceleración.

- Acelerómetros piezoeléctricos

Su funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico. Una deformación

física del material causa un cambio en la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas. Su principal inconveniente radica en su frecuencia máxima de trabajo y en la incapacidad de mantener un nivel permanente de salida ante una entrada común.

La aceleración se mide con una masa m solidaria al sensor

Los fabricantes suelen utilizar una serie de materiales piezoeléctricos que

mediante la adición de masas pueden actuar como sensores de aceleración, ya que añadiendo una masa F = m*a

En la figura anterior se muestra el circuito equivalente para el sensor piezoeléctrico de aceleración indicando la sensibilidad del sistema a la aceleración en función de los parámetros del sistema.

A la hora de utilizar este tipo de sensores para medir la aceleración podemos encontrar diversos tipos en el mercado con distintos valores de sensibilidad, alcance de la medida, banda de frecuencia de uso, etc., aunque la mayoría suelen ser de dos tipos, los sensores propiamente dichos y los que incorporan un amplificador.

Los sensores piezoeléctricos pre-amplificados van siendo cada vez más habituales por la comodidad de su uso, ya que producen un valor de tensión proporcional a la excitación aplicada en la salida del amplificador y su comportamiento resulta independiente del conexionado exterior puesto que carga y resistencia de entrada del amplificador se mantienen constante siempre. Este tipo de sensores precisa alimentación.





Sensor piezoeléctrico pre-amplificado y su sencillo equivalente

Los sensores piezoeléctricos propiamente dichos no incorporan más que el

dispositivo sensor, careciendo de una salida tan cómoda como los anteriores.

Equivalente eléctrico usual de un sensor piezoeléctrico - Acelerómetros piezoresistivos Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del

puente. - Acelerómetros micromecánicos ( MEMS )

Microsistemas electromecánicos (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.





ELECCIÓN DEL ACELERÓMETRO ADECUADO En el mercado existen muchas posibilidades de sensores para medir la

aceleración, la elección de uno de ellos depende de las características del sensor: los márgenes de valores de la aceleración que admite, capacidad para medir en continua o sólo en alterna, la máxima frecuencia a la que puede trabajar, los parámetros característicos del sensor…

En la siguiente tabla se resume las principales características de los distintos tipos de acelerómetros y sus aplicaciones.

Tipo Margen de

medida

Ancho de

Banda (Hz)

Ventajas e inconvenientes

Aplicaciones

MEMS 1.5 a 250g

0.1 a 1500

-Alta sensibilidad -Coste medio -Uso sencillo -Bajas temperaturas

-Impacto -ABS -Airbag -Uso en automoción

Piezoeléctricos 0 a 2000g

10 a 20000

-Sensibilidad media -Uso complejo -Bajas temperaturas -No funcionan en continua

-Vibración -Impacto -Uso industrial

Piezoresistivos 0 a 2000g

0 a 10000

-Respuesta en continua y alterna -Prestaciones medias -Bajo coste -Tamaño y peso mínimo -Alta sensibilidad

-Vibración -Impacto -Automoción -Biodinámica -Ensayos en vuelo -Test en túneles de viento

Capacitivos 0 a 1000g

0 a 2000

-Funciona en continua -Bajo ruido -Baja potencia -Excelentes características -Bajo coste

-Uso general -Uso industrial -Sistemas de alarma y seguridad -Mediciones sísmicas

Mecánicos 0 a 200g

0 a 1000

-Alta precisión en continua -Lentos -Alto coste

-Navegación inercial -Guía de misiles -Herramientas -Nivelación





La elección del acelerómetro adecuado se hará en función de los siguientes

criterios: - Frecuencia de trabajo o margen de frecuencias de uso. - Los valores máximos y mínimos del nivel de la señal que esperamos. - Consideraciones acerca de la forma de montaje, el espacio disponible, la

forma de salida de los cables, … - Otras consideraciones tales como la temperatura de trabajo, aspectos

ambientales y de compatibilidad química o la necesidad de seguridad intrínseca.

APLICACIONES

La aceleración es una cantidad física fundamental, manifestada de muchas

maneras (gravedad, vibración, y actividad sísmica), estos son algunos ejemplos. La medición de la aceleración continuamente, exactamente y a bajo coste, abre numerosas aplicaciones para los acelerómetros.

Los fabricantes de ordenadores portátiles continuamente buscan formas para hacer sus productos más seguros. Los elementos más dispuestos a dañarse son los dispositivos de almacenamiento masivo (con la consecuente pérdida catastrófica de información almacenada), discos duros particularmente. El delicado mecanismo que lee y escribe información a los discos, flota sobre los discos; un movimiento repentino puede provocar fácilmente un problema, destruyéndose igualmente la información. Un acelerómetro puede detectar el "ataque del daño potencial", contrarrestar los choques y evitar que se dañe el disco.

Muchos de nosotros hemos tenido la decepcionante experiencia de abrir un paquete grande y nos hemos encontrado los delicados contenidos totalmente maltratados debido a golpes externos. ¿Cómo ocurrió el daño?, ¿y de quien es la culpa?... Si una grabadora de mano (que consista de un acelerómetro, un cronómetro y un registro de información) se incluyera en la consignación, estas preguntas se podrían responder fácilmente. Tales grabadoras podrían ser la norma para transportar delicados y caros objetos...

Las aplicaciones militares incluyen ingeniosos sistemas de detonación para mísiles y bombas. En este caso un acelerómetro forma parte del sistema difuso, la detección de impacto por la rápida desaceleración asociada. La continua variación de salida del acelerómetro sería rápidamente analizado, estableciendo el instante preciso en que la carga explosiva debe ser detonada produciendo el daño máximo sobre el objetivo.





También puede ser utilizado para monitorizar máquinas de salud, maquinas de rotación para mostrar las características de vibración; grietas o fatigas de las máquinas, monitorizando continuamente las vibración de una máquina, es posible avisar de algún fallo inminente. Las aplicaciones varían según el tipo de máquina: desde una aeronave, sistemas de calentamiento, sistemas de ventilación y aire acondicionado.

Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento.

Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.

Acelerómetros de baja frecuencia

La medición en baja frecuencia es crítica en variadas actividades industriales. Las industrias petroquímica, de máquinas herramientas y de papel usan mediciones en baja frecuencia para monitorear condiciones de funcionamiento y hacer mediciones de procesos.

Acelerómetros de alta frecuencia Los acelerómetros de alta frecuencia se utilizan en maquinaria con

mecanismos de engranajes o pequeños rodamientos, tales como máquinas herramientas de alta velocidad o compresores.





Transductores sísmicos Estos transductores combinan un acelerómetro piezo eléctrico súper

sensible, un amplificador de ultra bajo ruido y una excelente aislación eléctrica/mecánica.

Acelerómetros submarinos Los acelerómetros sub acuáticos son resistentes a la corrosión galvánica y

son construidos para resistir las altas presiones propias de las profundidades. Acelerómetros para helicópteros Un helicóptero es una aeronave con alas rotatorias. A diferencia de las

aeronaves de ala fija, el rotor proporciona tanto la elevación como el desplazamiento. El fuselaje está balanceado bajo el rotor. Wilcoxon fabrica sensores especialmente diseñados para monitorear el correcto funcionamiento del helicóptero.

Acelerómetros 3D para ordenadores portátiles El sensor de aceleración 3D es un monitor de movimiento completo de 3 ejes

capaz de detectar la caída libre en todas las direcciones con la misma intensidad. Esta capacidad de supervisión filtra con exactitud los pequeños movimientos de inclinación y detecta las vibraciones repentinas.

Si se detecta una posible caída, se descarga el cabezal de la unidad de disco

duro. En este proceso, el cabezal se aleja del soporte, lo que reduce la posibilidad de daños. Cuando el equipo portátil recupera la estabilidad, el cabezal vuelve a cargarse en su posición normal.

El nivel de protección aumenta temporalmente 10 segundos después de que se produzcan acciones como cerrar la pantalla LCD o desconectar el aparato de CA, ya que se supone que se va a recoger en breve. La sensibilidad 3D también sube en cuanto aumenta el ángulo de inclinación.





Acelerometría dinámica En la valoración de los trastornos de movimiento en pacientes con

enfermedades neurodegenerativas, es esencial contar con un sistema que permita la descripción cuantitativa del movimiento bajo diversas condiciones. Una posible fuente de esta información es la acelerometría dinámica, basada en el uso de sensores capacitivos integrados tipo MEMS que detectan simultáneamente la posición espacial y el cambio de velocidad.

Ciertas familias de acelerómetros dinámicos, como la ADXL de Analog Devices, incluyen dispositivos de dos y tres ejes con salidas digitales en forma de pulsos cuadrados con modulación de anchura de pulso ( PWM ), donde el ciclo de trabajo es proporcional a la aceleración detectada.

FABRICANTES Y MODELOS Como anexo se incluyen a continuación varios modelos de diferentes

fabricantes que se pueden encontrar actualmente en el mercado.

WILCOXON RESEARCH De la marca de acelerómetros Wilcoxon Research destacan:

• Acelerómetro WR784A: Acelerómetro de bajo coste para aplicaciones industriales.

Como características más importantes para su empleo en ambientes industriales destacan su construcción en acero inoxidable sellada herméticamente, el aislamiento contra bucles de tierra y su protección ESD.

Su principal campo de aplicación se encuentra en industrias de proceso, como plantas papeleras, industria alimentaria, generación de energía eléctrica o industria química.





CARACTERISTICAS Y FICHA TECNICA

• Sensibilidad: 100 mV/g (± 20%) • Rango de aceleración: 50 g pico • Respuesta en frecuencia: 1,6 a 7.000 Hz (± 10 %) 0,8 a 10.000 Hz (± 3 dB) • Alimentación: 18 a 30 VDC entre 2 y 10 mA. • Voltaje Bias: 12 V • Rango de temperaturas: -50 a 120 ºC • Sellado: hermético • Peso: 45 gr • Material: Acero inoxidable 316L • Montaje: rosca ¼-28 UNF (roscas métricas disponibles) • Conector: 2 pines, tipo MIL-C-5015

• Acelerómetro WR785A: Acelerómetro de salida lateral de bajo coste para aplicaciones industriales.

Como características más importantes para su empleo en ambientes industriales destacan su construcción en acero inoxidable sellada herméticamente, el aislamiento contra bucles de tierra y su protección ESD.

Además, su bajo perfil permite su colocación en puntos no accesibles con otros tipos de sensores.

Su principal campo de aplicación se encuentra en industrias de proceso, como plantas papeleras, industria alimentaria, generación de energía eléctrica o industria química.


• Sensibilidad: 100 mV/g (± 10%) • Rango de aceleración: 80 g pico • Respuesta en frecuencia: 2 a 8.000 Hz (± 10 %) 1 a 12.000 Hz (± 3 dB) • Alimentación: 18 a 30 VDC entre 2 y 10 mA. • Voltaje Bias: 12 V • Rango de temperaturas: -50 a 120 ºC • Sellado: hermético





• Peso: 85 gr • Material: Acero inoxidable 316L • Montaje: Tornillo cautivo ¼-28 de cabeza hexagonal • Conector: 2 pines, tipo MIL-C-5015

• Acelerómetro WR786A: Acelerómetro de propósito general diseñado para su empleo en aplicaciones industriales.

Para ello cuenta con una construcción de acero inoxidable sellada herméticamente, aislamiento contra bucles de tierra y ptrotección ESD.


• Sensibilidad: 100 mV/g (± 5%) • Rango de aceleración: 80 g pico • Respuesta en frecuencia: 1 a 9.000 Hz (± 10 %) 0,5 a 14.000 Hz (± 3 dB) • Alimentación: 18 a 30 VDC entre 2 y 10 mA. • Voltaje Bias: 12 V • Rango de temperaturas: -50 a 121 ºC • Sellado: hermético • Peso: 90 gr • Material: Acero inoxidable 316L • Montaje: rosca ¼-28 UNF (roscas métricas disponibles) • Conector: 2 pines, tipo MIL-C-5015





• Acelerómetro WR993A-5: Acelerómetro triaxial para uso industrial.

Este acelerómetro triaxial lleva un cable integral para su conexión a colectores de datos.

Para su empleo en ambientes industriales cuenta con protecciones contra EMI, RFI y ESD.

El modelo estándar tiene una sensibilidad de 100 mV/g, y permite medir en un rango de frecuencias entre 2 y 2.000 Hz (± 10%).

Su montaje es sencillo, a través de un tornillo pasante, y cuenta también con una llave de alineación para la orientación de los ejes de medida.


• Sensibilidad: 100 mV/g (± 10%) • Rango de aceleración: 50 g pico • Respuesta en frecuencia: Todos los ejes: 2 a 2.000 Hz (± 10 %) • Alimentación: 18 a 30 VDC entre 2 y 10 mA. • Voltaje Bias: 12 V • Rango de temperaturas: -50 a 120 ºC • Peso: 90 gr • Material: Aluminio • Montaje: Tornillo pasante 10-32 • Conector: Integral con cable PVC





• Acelerómetro WR993B-7: Acelerómetro triaxial de gran resistencia para uso industrial y aplicaciones bajo el agua.

Lleva además un cable integral de Teflón, lo que hace que el conjunto tenga una calificación IP 68.

Para su empleo en ambientes industriales cuenta con protecciones contra EMI, RFI y ESD.

El modelo estándar tiene una sensibilidad de 100 mV/g, y permite medir en un rango de frecuencias entre 2 y 10.000 Hz.

También se encuentra disponible con sensibilidades de 25 y 50 mV/g. Su montaje es sencillo, a través de un tornillo pasante, y cuenta también con una llave de alineación para la orientación de los ejes de medida.


• Sensibilidad: 100 mV/g (± 5%) • Rango de aceleración: 40 g pico • Respuesta en frecuencia: Eje Z: 2 a 10.000 Hz (± 3 dB) • Ejes X e Y: 2 a 7.000 Hz (± 3 dB) • Alimentación: 18 a 30 VDC entre 2 y 5 mA. • Voltaje Bias: 11 V • Rango de temperaturas: -50 a 120 ºC • Sellado: hermético (IP68) • Peso: 134 gr • Material: Acero inoxidable 316L • Montaje: Tornillo pasante 10-32 • Conector: Integral, con cable de Teflón





• Acelerómetro PC420V: Acelerómetro para control de proceso con salida 4-20 mA.

Este sensor está pensado para su empleo en control de proceso, para su conexión directa a PLCs. Para ello, dispone de una salida en corriente de 4-20 mA proporcional al nivel global de vibración.

La escala completa de medida (20 mA) se corresponde con un nivel de 25,4 mm/seg RMS, aunque se pueden pedir fondos de escala específicos.

CARACTERISTICAS Y FICHA TECNICA • Sensibilidad: 4-20 mA (± 5%) • Rango de vibración: 25,4 mm/seg RMS • Respuesta en frecuencia: 4 a 7.000 Hz (± 3 dB) • Alimentación: 10 a 36 VDC, en bucle estándar de 4-20 mA. • Rango de temperaturas: -40 a 85 ºC • Sellado: hermético • Peso: 145 gr • Material: Acero inoxidable 316L • Montaje: rosca ¼-28 UNF (roscas métricas disponibles) • Conector: 2 pines, tipo MIL-C-5015

JEWELL

Las unidades del acelerómetro de JEWELL son completamente autónomas. Conectan con una fuente de la potencia cc y una lectura o controlan el dispositivo para un sistema operativo completo. La salida es una señal de alto nivel de la C.C. proporcional a la aceleración aplicada. Estos acelerómetros responden a los cambios en la aceleración tan pequeña como 1mG., la histéresis menos de 0,0005% de la salida de la gama completa y la rectificación de la vibración menos que 5mg/g2.





• Acelerómetro de la serie de LCM

El acelerómetro de JEWELL LCM es un sensor de uso general de la aceleración para los usos industriales, comerciales y aeroespaciales. Dirigido con los componentes trabajados a máquina micro el LCM ofrece un cociente atractivo del price/performance. Este 0.5G al dispositivo 5G resuelve las necesidades exigentes de los usos que requieren resistencia del choque 500G y hasta la anchura de banda 500Hz.

• Acelerómetro de la serie Lca-100

El acelerómetro de la serie de JEWELL Lca-100 es un 0.5G a 10G-range que detecta el dispositivo del pivote y de la joya que resuelve las demandas de muchos usos. La tecnología de la suspensión y las anchuras de banda de 60Hz a 250Hz hacen el Lca-100 popular para una variedad de militares, comercial y de espacio aéreo que detecta usos. Una amplia gama de opciones y la maestría de la ingeniería del uso se utilizan para diseñar las versiones modificadas del Lca-100 que redondea fuera de la súplica general de esta unidad.

• Acelerómetro de la serie de LSM

Si el espacio es una preocupación, la serie de JEWELL LSM es la solución del acelerómetro. El LSM ofrece características equivalentes al LCA en un paquete más pequeño, aproximadamente un cubo del 1"(25,4 milímetros). Su amplia gama y anchura de banda resuelven las necesidades exigentes de una variedad de usos aeroespaciales.





• Acelerómetro de la serie de LSXH

El JEWELL LSXH es el más rugoso de todos nuestros acelerómetros. El JEWELL LSXH es un acelerómetro de alto rendimiento, compacto con una gama de 0.017G a 10G a gama completa. Su tamaño pequeño y aspereza resuelven los requisitos más rigurosos de muchos usos militares y comerciales.

ENTRAN

Los acelerómetros piezorresistivos de Entran destacan por su tamaño minúsculo, peso mínimo y alta sensibilidad. La gama de acelerómetros con elemento sensible de substrato de silicio pueden tener una ganancia de hasta 100 mV/g, con peso menor a 0,5 g y un ancho de banda entre 0 a 150 Hz y 0 a 10 kHz. Debido a su robustez y prestaciones son utilizados en sectores tan severos como crash test o ensayos espaciales. Debido a su tecnología no necesitan de electrónica sofisticada y, por tanto, cara.

Entre sus características cabe destacar los rangos entre 0 y ±2 g hasta 0 y ±5.000 g. Y la precisión de < 1% F.E. Las aplicaciones típicas son biodinámica, crash test y ensayos en automóvil, ensayos en vuelo y control, ensayos en sector del ferrocarril, y test en túneles de viento.





SEIKA

Los acelerómetros capacitativos de Seika son sensores de bajo coste, con o sin electrónica incorporada. Con su sobrerrango de 10.000 g, alimentación DC y señal de salida fácilmente aprovechable, son idóneos para un sinfín de aplicaciones industriales, en las cuáles el coste del sensor es un factor importante. Como opción existe la salida PWM, pensada para fabricantes OEM que quieren integrar un acelerómetro en su producto. Entre sus características cabe destacar los rangos entre 0 y ±3 g hasta 0 y ±100 g, resolución de hasta 0,001 g, y ancho de banda de entre 0 y 160 Hz hasta 10 y 1.500 Hz. Sus aplicaciones típicas se encuentran en sistemas de alarma y seguridad, ensayos en vehículos, mediciones sísmicas, medida de inclinación, y robótica.





METRA

Los acelerómetros piezoeléctricos de Metra se fabrican tanto en tecnología convencional de estimulación por flexión, compresión o de tijera, con sensibilidades de hasta 4.500 pC/g, como con electrónica incorporada, con sensibilidad de hasta 100 mV/g, para su mejor transmisión por largas distancias. Metra también fabrica amplificadores de carga, acondicionadores de señal, monitores de vibración y calibradores de acelerómetros. Entre sus características cabe destacar la sensibilidad 1 de 0,7 pC/g hasta 4.500 pC/g, y la sensibilidad 2 de 10 mV/g hasta 3.000 mV/g. También la frecuencia de resonancia que va de 0,35 kHz hasta > 110 kHz. Y los rangos de aceleración hasta 20.000 g. Sus aplicaciones más típicas comprenden vibración, análisis modal, control





predictivo en máquinas y reductoras, ensayos en estructuras, ensayos en medicina y control de ruido.

S320155 SENSOR DE ACELERACIÓN LINEAL

Detector de Aceleración e Impactos

Sensor de aceleración formado por una cápsula hermética que contiene un

contacto normalmente abierto y que se cierra cuando se produce una aceleración o impacto superior a 5 G +-1,5 G. Cuando en nivel de aceleración decrece por debajo del humbral de disparo, el contacto se habré de nuevo. Este sensor resulta útil para detectar impactos y agresiones en los robots. Dado la brevedad del contacto en caso de impacto, es recomendable utilizarlo junto con alguna entrada de interrupción, o con algún circuito de tipo biestable con memoria que permita reconocer el evento ocurrido. Caracteristicas Tension Max: 24Vac, Corriente Max: 250 mA, Resistencia Max: 10 ohmio, Temperatura Trabajo: -20 a 85ºC. Dimensiones 7 x 5 mm. No cortar los terminales.





SCHAEVITZ

• Servoacelerómetros lineales y angulares

Los servoacelerómetros Lucas Schaevitz son transductores basados en un sistema de equilibrio de fuerzas en lazo cerrado para medida de aceleraciones. Son varios órdenes de magnitud más estables y precisos que los acelerómetros en lazo abierto.

Serie SB. Están diseñados para usos de medida en general, sistemas de control de dirección, análisis de marcha de vehículos, etc. Incorporan internamente autochequeo y se fabrican con conexión en conector o pines.

• Acelerómetros lineales en lazo abierto

Los acelerómetros inductivos de la serie A410 se utilizan en ambientes hostiles donde es difícil dar mantenimiento y hay presencia de altos niveles de vibraciones y choques aleatorios. El diseño es el resultado de la experiencia en acelerómetros de precisión, donde más de 12.000 unidades han sido suministrados entre sistemas de control aéreo y vehículos de transporte de pasajeros. Consisten en una masa sísmica suspendida y guiada por dos diafragmas tipo araña, donde unas bobinas miden su desplazamiento. Se suministra con y sin plataforma de montaje.

• Acelerómetro de Silicio seri S05E

La serie S05E son acelerómetros industriales de tecnología de silicio micro-mecanizado con electrónica de señal incorporada y con un encapsulado NEMA 4.

Su eficiente electrónica proporciona: una ancha respuesta en frecuencia desde continua a 1 KHz, compensación de temperatura, protección EMI/RFI y





ESD. Salida filtrada (100 Hz) y sin filtrar de ±5 Vcc fondo escala. Se fabrican con conexión en conector o pines.

SENSORIK

Los acelerómetros de la serie BS1101 de MWS Sensorik están diseñados para análisis de movimientos en coches y pruebas de choque. Disponible en rangos de 50; 100; 200 y 500 g y rango de temperatura de trabajo de 0 a +70ºC. Gracias a sus pequeñas dimensiones es aplicable incluso en pequeñas estructuras. Trabaja con un puente de Wheatstone interno.

SENSING

La monitorización industrial de máquinas y engranajes permite hacer un control predictivo de los mismos. El M10 de Sensing, S.L. está integrado en una caja raíl Din muy compacta, y se suministran dos versiones: para control de severidad de vibración ó velocidad entre 10 y 1.000 Hz, y para vibración de rodamientos entre 1 y 10 kHz. Tiene salida de relés, pudiéndose ajustar el umbral e histéresis de la alarma, aparte de una salida de 4 a 20 mA con la señal RMS y otra en CA con la señal sin filtrar para analizadores u osciloscopios. El medidor de bolsillo VM13 permite la medición puntual y portátil de los valores RMS de velocidad y aceleración de la vibración.





ANALOG DEVICES

Analog Devices con el acelerómetro monolítico ADXL50, se convirtió en la

primera compañía que ha fabricó en producción de alto volumen un acelerómetro para aplicaciones en automoción como son los sistemas de suspensión activos, cierre de puertas automática, sistemas antibloqueo de frenos y "airbag", este importante desarrollo del acelerómetro no podía haber ocurrido en un tiempo mejor. El elemento sensor estaba complementado con una circuitería de acondicionamiento de señal con salida de voltaje proporcional a la aceleración. Posteriormente se ha mejorado la circuitería dando una salida digital con el ADXL202.

El sensor lo forma una superficie micromecanizada, es un minúsculo sensor de aceleración de movimiento en un circuito integrado de silicio de bajo coste. Solamente la superficie micromecanizada puede dar la combinación de alta seguridad en su funcionamiento y tamaño pequeño. El elemento sensor del acelerómetro mide cerca de 1 mm².

los acelerómetros monolíticos de Analog Devices con su modo de autocomprobación natural, representan un avance muy importante. La estructura del sensor se hace una autoprueba, está diseñado para hacerse una autocomprobación continua con la aplicación de un comando digital. Esta característica esencial, única de Analog Devices asegura que el sistema trabajará en el instante necesario.

La superficie micromecanizada es una técnica de procesamiento utilizada para fabricar estructuras mecánicas extremadamente pequeñas de silicio. En realidad, el movimiento del elemento micromecanizado en el acelerómetro es menor de 1 mm². Utilizando los mismos pasos para hacer circuitos electrónicos convencionales, la superficie micromecanizada crea estructuras pequeñas que están cerca de la superficie del silicio, no obstante están libres para moverse.

La superficie micromecanizada no se debe confundir con el procesado del volumen micromecanizado utilizado para crear acelerómetros piezorresistivos que hay actualmente en el mercado.

Esculpir un volumen micromecanizado a través de un substrato relativamente grueso, que varía desde 2.5 a 5 mm de lado. La superficie micromecanizada involucra depositar películas delgadas en el substrato. El resultado es un sistema de medición de aceleración completo en un espacio más pequeño de 10 mm². Estas dimensiones tan pequeñas también dejan sitio para la inclusión de todo el conjunto de circuitos de acondicionamiento de la señal necesaria en el mismo chip.





El ADXL105 forma parte de una familia que incluye una sensibilidad de

escala completa de ± 5 g, con una resolución de 10mg. También está en desarrollo una familia de sensores de diferentes rangos, con el elemento sensor micromecanizado, es posible incorporar varios en un mismo chip, orientados o no en la misma posición ortogonal. Es decir se pueden construir sensores de doble eje, como el ADXL202, permitiendo medir vectores de aceleración en el plano de superficie del chip y con una salida digital. Por otra parte, se pueden alinear dos o más sensores en el mismo plano, permitiendo sensar señales redundantes para detectar fallos en aplicaciones seguras.

Diagrama de bloques del acelerómetro ADXL 105





Diagrama de bloques del acelerómetro ADXL 202/210

Diagrama de bloques del acelerómetro ADXL 150





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

F.J.Ferrero; G.JGrillo. - “Sensores para micro-robots” José Manuel Pastor García. - “Red Científica” - SCM Internacional - Universidad Autónoma Metropolitana - Iztapalapa - SILICA - ENTRAN - SEIKA - METRA - Sensing S.L. - Wilcoxon Research - Predycsa - Toshiba - Jewell Instruments - MWS Sensorik GMBH - Raien Ingeniería Y Sistemas - Schaeritz - IDM-instrumentos

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