ACELERMETRO

ACELERMETROHEREDIA RODRIGO-MARCO DE LA CRUZ-PATRICIA CHATO

Que es un acelermetro? Un acelermetro como se intuye por su nombre es un instrumento para medir la aceleracin de un objeto al que va unido, lo hace midiendo respecto de una masa inercial interna.

Hay dos parmetros principales a la hora de escoger el medidor adecuado, los rangos de funcionamiento de temperatura y frecuencia. Otros parmetros importantes pueden ser el tamao, si tienen ms funciones, la resistencia a golpes y por supuesto el precio.

Tres reas de aplicacin importantes son la medicin de vibraciones, la deteccin de choques de vehculos, y la sismografa.La medicin de vibraciones es til tanto para evaluar los esfuerzos que se producen en diferentes mquinas y su efecto probable sobre el desgaste de diversas partes o sobre el ser humano, como para rastrear el origen de diversos tipos de ruidos.La deteccin de choques se emplea para disparar el inflado de las bolsas de aire que se utilizan en diversos automviles para amortiguar el golpe de una eventual colisin.Finalmente, los sismgrafos permiten evaluar la intensidad de un sismo, o inclusive activar una alarma cuando comienzan a detectarse vibraciones de baja frecuencia caractersticas de los sismos. Principio de funcionamiento El principio fundamental que aplica este dispositivo electrnico es la tan conocida segunda ley de Newton, la cual relaciona F=ma , bsicamente el sistema se compone de masa y resorte (o materia elstica). Esto implica que un sistema acelerado producir una fuerza de acuerdo a la relacin. La fuerza hace que el resorte en el acelermetro (o materia elstica), se expanda o se comprima. Tengamos en cuenta que la aceleracin ocurre solo en un sentido y por lo tanto para que el acelermetro mida movimientos en un plano, se necesita duplicar el sistema en una direccin perpendicular a la original.

En base a la figura daremos una explicacin ms tcnica. La masa ssmica est sujetada a la base con un perno axial, que se apoya en un resorte circular. El elemento piezo elctrico (cristal) est ajustado entre la base y la masa. Cuando una materia est sujeta a una fuerza, se genera una carga elctrica entre sus superficies. Cuando se mueve el acelermetro en la direccin arriba abajo, la fuerza que se requiere para mover la masa ssmica esta soportada por el elemento activo. Segn la segunda ley de Newton, esa fuerza es proporcional a la aceleracin de la masa. La fuerza sobre el cristal produce la seal de salida, que por consecuente es proporcional a la aceleracin del transductor. Los acelermetros son lineales en el sentido de la amplitud, lo que quiere decir que tienen un rango dinmico muy largo. Los niveles ms bajos de aceleracin que puede detectar son determinado nicamente por el ruido electrnico del sistema electrnico, y el lmite de los niveles ms altos es la destruccin del mismo elemento piezo elctrico. Tipos de acelermetrosPiezoelctrico

El funcionamiento de este tipo de acelermetros se basa en las propiedades de los cristales piezoelctricos. Estos cristales cuando son sometidos a alguna fuerza (compresin, flexin, extensin) producen una corriente elctricaAs que poniendo un cristal de este tipo entre la carcasa (unida al objeto cuya aceleracin se quiere medir) y una masa inercial se producir una corriente cuando ocurra una aceleracin (la masa ejercer una fuerza sobre el cristal). Midiendo esta corriente podremos calcular la aceleracin, bien directamente si se trata de un acelermetro de salida de corriente (culombios/g) o bien convirtindola a un voltaje de baja impedancia si se trata de un acelermetro de salida de voltaje. Piezoresistivo Un acelermetro piezoresistivo a diferencia de uno piezoelctrico utiliza un sustrato en vez de un cristal piezoelctrico, en esta tecnologa las fuerzas que ejerce la masa sobre el sustrato varan su resistencia, que forma parte de un circuito que mediante un puente de Whetstone mide la intensidad de la corriente. La ventaja de esta tecnologa respecto a la piezoelctrica es que pueden medir aceleraciones hasta cero Hz de frecuencia.

Galgas extensomtricas

En este tipo de acelermetro una (o ms) galgas extensomtricas hacen de puente entre la carcasa del instrumento y la masa inercial, la aceleracin produce una deformacin de la galga que se traduce en una variacin en la corriente detectada por un puente de Whetstone, la deformacin es directamente proporcional a la aceleracin aplicada al acelermetro. Al igual que en el piezoresistivo la respuesta de frecuencia llega hasta los cero Hz. Trmico

Este tipo de acelermetro consiste de los siguientes elementos (como se ven en la figura) un sustrato de silicio en el cual se hace un hueco para meter una pequea resistencia que hace de calentador, con dos termopares en los extremos, se forma una cavidad de aire (burbuja) encima (la carcasa es estanca). En reposo con el calentador creando un ncleo de aire caliente en el centro, cuando ocurre una aceleracin, por conveccin, el aire frio desplaza al caliente, el ncleo de aire caliente se desplaza en la misma direccin que la aceleracin, esto crea un diferencial de temperatura entre los termopares. Midiendo este diferencial, ampliando y acondicionando la seal podemos obtener la aceleracin del objeto. Condensador

En este tipo de acelermetros el elemento que conecta la masa inercial con la carcasa es un condensador. Una de las paredes est fija, pegada a la carcasa y la otra a la masa. Cuando ocurre una aceleracin la masa presiona el condensador variando el grosor entre pared y pared. Midiendo la capacitancia del condensador podemos calcular la aceleracin. Este tipo de acelermetros son extremadamente resistentes, pueden soportar aceleraciones de 30 000 G lo cual permite usarlo en mediciones de aceleracin de proyectiles de can. En la actualidadLos acelermetros han estado detrs de algunos de los productos tecnolgicos ms exitosos de los ltimos aos (te suena la palabra Wii o iPhone?). Junto al GPS y las pantallas tctiles, lideran la actual avalancha de smartphones, al punto que es impensable un telfono de gama alta que no lo incorpore.La demanda por estos sensores es tal, que un reciente informe de iSuppli Corp estableci que, a pesar de que su precio disminuye cada ao, el mercado mundial de acelermetros se expandir de US$900 millones en 2007 a US$1.7 Billones en 2015, lo que indica el siguiente grafico:

AplicacionesAunque no nos demos cuenta, estn por todos lados. Desde hace aos los airbags usan acelermetros para diferenciar una frenada brusca de un verdadero choque. Las cmaras digitales los emplean en sus circuitos para estabilizar su imagen. El xito de la consola Wii sera impensado sin estos sensores en sus controles.

Por otra parte nos preguntamos qu podemos hacer con este dispositivo, si bien las primeras y ms obvias aplicaciones se enfocaban en cambiar la orientacin de la pantalla al girar el telfono o saltarse una cancin agitando el celular, las posibilidades son tan amplias como la imaginacin de un desarrollador. Actualmente sus ms vistosos usos los podemos apreciar en los juegos desarrollados para el iPhone/iPod Touch.Sin embargo, en combinacin con un GPS es cuando las potencialidades de los acelermetros aparecen en todo su esplendor, porque conocida la posicin proporcionada por un satlite, estos sensores pueden aportar ms datos, como frenadas, curvas, velocidades, etc. (incluso, cuando un GPS pierde la seal del satlite durante unos segundos, los acelermetros se encargan de auxiliarlos calculando la ubicacin del objeto). Cmaras digitales Un sistema digital de la cmara fotogrfica ha integrado los acelermetros para determinar aceleraciones estticas y dinmicas del sistema digital de la cmara fotogrfica. Los datos referentes a aceleraciones estticas y dinmicas se almacenan con los datos registrados de la imagen para la transformacin posterior, por ejemplo para corregir los datos de la imagen para el rodillo, la echada y las vibraciones y para exhibir imgenes registradas con una orientacin predeterminada usando la informacin alrededor, es decir una imagen que sea tomada con la cmara en forma horizontal (conocida como modo paisaje) se ver como tal luego al reproducirla, pero cuando la cmara sea inclinada un ngulo 90 grados y la imagen sea tomada con una orientacin vertical (conocida como modo retrato)Conclusin Est claro que cada vez veremos aplicaciones ms ingeniosas, que los precios seguirn bajando an ms en los prximos aos y que la presin por contar con estos sensores llegar ms all de los telfonos inteligentes hasta abarcar al resto de aparatos de gama media y baja. El dispositivo existe, y queda a criterio del fabricante o usuario saber dnde y cmo aplicarlo de modo a que sea de la forma ms ingeniosa posible. Con esto podemos concluir que hay acelermetro para rato y es el inicio de lo que sera una vida larga y agitada para acelermetroBibliografawww.wikipedia.com http://www.azimadli.com/vibmanspanish/elacelermetro.htm http://www.maquinadevibracion.com/downloads/IntroVibEspanol.pdf http://www.mobilizy.com/en/drive http://www.wayerless.com/2009/06/elboomdelosacelerometroswguia/ http://www.pol.una.py/archivos/IngEltrnik/Sensores/Cap5_2Acelerometros.pdf http://www.sensotec.com/pdf/FAQ_092003.pdf http://archives.sensorsmag.com/articles/0601/98/main.shtml http://es.patents.com/Digitalcameraintegratedaccelerometers/US20020028071/esUS/