Tecnologías de detección utilizadas para los acelerómetros
PCB Piezotronics utiliza una serie de técnicas de transducción al diseñar acelerómetros, incluidas las piezoeléctricas, piezoresistivas y capacitivas.
El efecto piezoeléctrico es una propiedad inherente o inducida de ciertos cristales. Cuando el cristal sufre una tensión debida a una fuerza aplicada, se acumulan iones negativos y positivos en las superficies opuestas del cristal. La cantidad de carga acumulada es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Los sensores piezoeléctricos purgarán esta carga a través de un amplificador para medir la amplitud de la carga. La geometría del sensor determina los parámetros físicos (normalmente fuerza, presión o aceleración) a los que es sensible el cristal.
Los acelerómetros piezoeléctricos emplean cristales de cuarzo naturales o cerámicas policristalinas artificiales como elementos sensores. Se acopla una masa de prueba al cristal y se genera una salida cuando se impone una fuerza sobre el cristal durante la aceleración. Esta fuerza provoca una tensión en el cristal, que genera una carga eléctrica relativa a la fuerza aplicada: el efecto piezoeléctrico. La cantidad de fuerza es proporcional a la aceleración aplicada, según la ley del movimiento de Newton F=ma. Los acelerómetros piezoeléctricos no pueden medir la aceleración constante porque están inherentemente acoplados a la CA; sin embargo, suelen ser la opción más versátil y económica para medir la aceleración rápida transitoria y periódica.
Los acelerómetros piezorresistivos pueden fabricarse a partir de galgas extensométricas metálicas, silicio piezorresistivo o como un dispositivo MEMS. En estos diseños, el material resistivo suele estar unido a una viga en voladizo que se dobla bajo la influencia de la aceleración. Esta flexión causa la deformación de la resistencia, lo que provoca un cambio en su resistencia. Las resistencias se configuran normalmente en un circuito de puente de Wheatstone, que proporciona un cambio en la tensión de salida que es proporcional a la aceleración. Los acelerómetros piezoresistivos son capaces de medir aceleraciones constantes, transitorias y periódicas.
Los acelerómetros capacitivos utilizan las propiedades de un condensador de placas opuestas para el que la distancia entre las placas varía proporcionalmente a la aceleración aplicada, alterando así la capacitancia. Esta variable se utiliza en un circuito para suministrar una señal de tensión proporcional a la aceleración. Los acelerómetros capacitivos son capaces de medir aceleraciones constantes, transitorias lentas y periódicas.