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CARRERA: INGENIERIA MECATRONICA
MATERIA: VIBRACIONES MECANICAS
INTEGRANTES DEL EQUIPO:
CERVANTES LOPEZ JOSE ALFREDO CRUZ SANCHEZ EDITH ESMERALDA CRUZ ZURITA EDUARDO
PRACTICA N° 1 “CONSTRUCCION DE UN ACELEROMETRO”
CATEDRÁTICO: ING. JESUS BRAVO PACHECO
LUGAR Y FECHA: HEROICA CIUDAD DE TLAXIACO, CARRETERA A PUTLA, LLANO YOSOBE KM 56. 16 DE MARZO DEL 2016
INSTITUTO TECNOLOGICO DE TLAXIACO
VI SEMES
CONTENIDO
RESUMEN............................................................................................................................3
OBJETIVO ESPECIFICO.....................................................................................................3
OBJETIVOS GENERALES...............................................................................................3
MATERIALES.......................................................................................................................3
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................4
ANTECEDENTES.................................................................................................................5
DESARROLLO......................................................................................................................7
ANÁLISIS DE RESULTADOS.............................................................................................10
SIMULACIÓN......................................................................................................................11
Fig 1. Simulación Multisim...............................................................................................11
Fig 2. Simulación fritzing.................................................................................................11
CONCLUSIONES INDIVIDUALES.....................................................................................12
RESUMEN
Con el presente trabajo se pretende dar a conocer características del dispositivo,
tecnología utilizada, avances, el modo de funcionamiento, posibles aplicaciones,
Breves definiciones:
Acelerómetro: un instrumento destinado a medir aceleraciones.
Transductor: dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de
energía de entrada, en otra de diferente a la salida.
Sensor: aparato capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, en
magnitudes eléctricas.
Obs: un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto
con la variable a medir o a controlar.
OBJETIVO ESPECIFICO
Diseñar y elaborar un acelerómetro digital, para poder medir las vibraciones.
OBJETIVOS GENERALES
Diseñar y simular el circuito del acelerómetro.
Armar el circuito para comprobar su funcionamiento.
MATERIALES
Acelerómetro 3 ejes ADXL335 +/- 3G
Pantalla LCD
Placa arduino
INTRODUCCIÓN
Todos los cuerpos en la superficie terrestre están sometidos a la fuerza de gravedad, que
es una fuerza que nos empuja hacia el centro de la tierra. Cualquier objeto e
independiente de su masa, se verá acelerado hacia la tierra a un valor g=9,8 m/s2
(depende también del lugar geográfico), y más aún, ya en la superficie de la misma,
continúa siendo acelerado y es lo que permite medir el peso de una persona o cualquier
objeto
El peso es una fuerza que está dada por la
ecuación de Newton F=mg (fuerza es igual
al producto de la masa por la aceleración),
siendo m la masa del objeto.
La masa es una propiedad fundamental de
todos los objetos. Se definió al Kilogramo
hacia 1889 en la revolución francesa, y es
un prototipo internacional de una aleación de Platino e Iridio. Dicho elemento patrón pesa
9.8 N. Es decir, no se eligió cualquier patrón de masa, sino aquella que represente 9,8 N.
La masa es una característica inercial de los objetos, y es la propiedad que nos dice que
un objeto permanecerá en equilibrio a menos que se le aplique una determinada fuerza
(1ra de Newton). Este efecto se puede notar, por ejemplo, al ir en un vehículo. Si el
vehículo está en reposo, la masa de los pasajeros están en equilibrio, de igual manera
que si viajasen a 150 Kmt/h. Pero si se frena bruscamente, la fuerza de frenado se aplica
al vehículo y no a los pasajeros, por lo tanto los mismos continuarán viajando a
100Kmts/h. Las fuerzas G , tienen como unidad a la gravedad g, es decir 1 fuerza
G=9.8m/seg2, el termino fuerza aplicado no es correcto, ya que la gravedad no es una
fuerza, pero así se la denomina como una medida para identificar a la gravedad, entonces
los cambios de aceleración producen Fuerzas G. Recordar que F=ma, donde la
aceleración a es la denominada fuerza G. Es una manera mentalmente simple para
comparar la fuerza con nuestro peso, sabiendo que nuestro peso o el de cualquier objeto
representa 1G.
ANTECEDENTES
Actualmente es posible construir
acelerómetros de tres ejes (X,Y,Z) en un solo
chip de silicio, incluyendo en el mismo la
parte electrónica que se encarga de procesar
las señales. El principio de operación de los
dispositivos, acelerómetros e inclinómetros de
tecnología MEMS está basado en el traspaso
térmico, por convección natural.
Estos dispositivos miden cambios internos de
la transferencia de calor causada por la
aceleración, ofreciendo ventajas significativas sobre el empleo de una estructura
tradicional sólida de masas de prueba. Ya que la masa de prueba en el diseño de los
sensores MEMS son moléculas de gas, las estructuras móviles mecánicas son eliminadas
dentro del acelerómetro.
El acelerómetro se inicia en el año 1880, con el descubrimiento del cristal piezoeléctrico, y
este efecto fue descubierto por Pierre Curie y Jacques Curie en 1880, quien publicó una
demostración experimental que conecta la tensión mecánica y superficial de carga en un
cristal.
El desarrollo del acelerómetro piezoeléctrico comercial fue ocasionado por una serie de
intentos por encontrar el método más eficaz para medir la vibración en grandes
estructuras como puentes y en los vehículos en movimiento, como los aviones. Un intento
fue el calibrador de tensión de resistencia como un mecanismo para construir un
acelerómetro.
Hans J. Meier a través de su trabajo en el MIT, se le acredita como el primero en construir
un acelerómetro comercial llamado calibrador de tensión, en 1938. Sin embargo, los
acelerómetros del calibrador de tensión son frágiles y producen bajas frecuencias de
resonancia, lo que ocasionaban una respuesta de baja frecuencia. Estas limitaciones en
rango dinámico hacen que sea inadecuado su uso en las aeronaves navales.
En 1940 inicia la producción a gran escala del acelerómetro piezoeléctrico.
Johann Bohnerberger en 1817 inventó un aparato mucho más parecido
a los giroscopios actuales que el llamó simplemente "Máquina".
Foucault oyó sobre estos instrumentos y fabricó uno en 1852, lo adoptó
para la demostración de la rotación de la tierra lo cual le dio su actual
nombre derivado del griego que significa ver la rotación o ver el giro,
posteriormente este tipo de objetos fue ampliamente introducido en la
navegación marítima y aérea.
El giroscopio fue inventado en 1852 por Léon
Foucault, quien también le dio el nombre, montando
una masa rotatoria en un soporte de Cardano para
un experimento de demostración de la rotación de
la tierra. La rotación ya había sido demostrada con
el péndulo de Foucault. Sin embargo no
comprendía el por qué la velocidad de rotación del
péndulo era más lenta que la velocidad de rotación de la tierra por un factor, donde
representa la latitud en que se localiza el péndulo. Se necesitaba otro aparato para
demostrar la rotación de la tierra de forma más simple. Foucault presentó así un aparato
capaz de conservar una rotación suficientemente rápida (150 a 200 vueltas por minuto)
durante un tiempo suficiente (una decena de minutos) para que se pudiesen hacer
medidas. Esta proeza mecánica (para la época) ilustra el talento de Foucault y su
colaborador Froment en mecánica.Foucault también se dio cuenta de que su aparato
podía servir para indicar el Norte. En efecto, si se impiden ciertos movimientos del soporte
del giroscopio, este se alinea con el meridiano. Esto permitió la invención del
girocompás.Los giroscopios se han utilizado en girocompases y giropilotos. Los
giroscopios también se han utilizado para disminuir el balanceo de navíos, para estabilizar
plataformas de tiro y para estabilizar plataformas inerciales sobre las cuales están fijados
captadores de aceleración para la navegación inercial en aviones y misiles construidos
antes de la aparición del GPS. El efecto giroscópico es la base del funcionamiento de los
juguetes trompo o peonza y dynabee.
DESARROLLO
1. Descargar la datasheet del giroscopio para poder identificar cada uno de sus
pines.
2. Realizar la simulación del circuito con ayuda del software multisim.
3. Realizar el código en la plataforma de arduino.
int ejeX,ejeY,ejeZ;
unsigned int promX,promY,promZ;
int muestras;
void setup(){
analogReference(EXTERNAL);
Serial.begin(9600);
promX=0;
promY=0;
promZ=0;
muestras=50;
}
void loop(){
for (int i=0;i<muestras;i++){
ejeX= analogRead(A0);
promX+=ejeX;
ejeY= analogRead(A1);
promY+=ejeY;
ejeZ= analogRead(A2);
promZ+=ejeZ;
}
promX/=muestras;
promY/=muestras;
promZ/=muestras;
Serial.print("EjeX: ");
Serial.println(promX);
Serial.print("EjeY: ");
Serial.println(promY);
Serial.print("EjeZ: ");
Serial.println(promZ);
delay(4000);
promX=0;
promY=0;
promZ=0;
}
4. Armar el circuito para verificar su funcionamiento.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
El acelerómetro construido cumple con los objetivos planteados en los objetivos de la
práctica.
Los valores que se muestran en la salida de la pantalla LCD son procesados mediante un
programa, que es el que controla las salidas del giroscopio, este convierte las señales
físicas en señales eléctricas mediante sensores.
El acelerómetro cuando se aplica una fuerza o una aceleración, la capacidad del
capacitor cambia; Se hará mayor o menor en función del movimiento, siendo este el
principio del acelerómetro. Los valores varían ya que el giroscopio con que contamos
tiene una tolerancia de 1G.
El inconveniente que se encontró en el proyecto es que la pantalla LCD es demasiada
pequeña mostrando valores muy cortos, teniendo que esperar a que los valores se
recorran para poder ser visualizados los datos.
Los acelerómetros son usados en:
Aceleración lineal: Un coche acelerando desde un punto de parada.
Aceleración rotacional: La aceleración de un péndulo cuando se balancea.
Aceleración centrífuga: La aceleración que causa un reloj colocado sobre una
lavadora.
Aceleración gravitacional: La aceleración que cause que todos los objetos caigan a
la tierra a igual velocidad.
SIMULACIÓN
CONCLUSIONES INDIVIDUALES
José Alfredo Cervantes López: La realización de esta práctica fue para conocer las
vibraciones que se efectúan en diferentes medios o sistemas, dado que en todo
Fig 2. Simulación fritzing
Fig 1. Simulación Multisim
sistema hay vibraciones, es necesario tener medios para medirlas, para eso sirve
el acelerómetro con el cual se pueden medir los movimientos de un cuerpo en sus
6 direcciones en un plano 3D, esto para analizar e interpretar dichas variaciones y
tomar medidas de prevención y corrección ante todo sistema.
Edith Esmeralda Cruz Sánchez: El funcionamiento del acelerómetro reside en el
funcionamiento del giroscopio, transformando este las señales físicas en señales
digitales, mediante un programa creado en la plataforma de arduino; midiendo así
la tasa de cambio de la velocidad de un objeto. Dicho acelerómetro será utilizado
para poder medir las vibraciones de diferentes sistemas.
Eduardo Cruz Zurita: En los transcursos de los años no se podía encontrar el
método más eficaz para medir la vibración en grandes estructuras como los
puentes, vehículos y aviones en movimiento. Por lo cual se inventó el
acelerómetro para poder medir y graficar magnitud de la vibración. Al construir el
acelerómetro fue para ver su funcionamiento y como es que mide las vibraciones.
