Tecnologie di rilevamento utilizzate per gli accelerometri
Nella progettazione degli accelerometri, PCB Piezotronics utilizza diverse tecniche di trasduzione, tra cui quella piezoelettrica, piezoresistiva e capacitiva.
L'effetto piezoelettrico è una proprietà intrinseca o indotta di alcuni cristalli. Quando il cristallo subisce una sollecitazione dovuta alla forza applicata, gli ioni negativi e positivi si accumulano sulle superfici opposte del cristallo. L'entità della carica accumulata è direttamente proporzionale alla forza applicata. I sensori piezoelettrici scaricano questa carica attraverso un amplificatore per misurarne l'ampiezza. La geometria del sensore determina i parametri fisici (tipicamente forza, pressione o accelerazione) a cui il cristallo è sensibile.
Gli accelerometri piezoelettrici utilizzano come elementi sensibili cristalli di quarzo naturali o ceramiche policristalline prodotte dall'uomo. Una massa di prova viene accoppiata al cristallo e l'uscita viene generata quando viene imposta una forza sul cristallo durante l'accelerazione. Questa forza provoca una sollecitazione nel cristallo, che genera una carica elettrica relativa alla forza applicata - l'effetto piezoelettrico. L'entità della forza è proporzionale all'accelerazione applicata, secondo la legge del moto di Newton F=ma. Gli accelerometri piezoelettrici non possono misurare accelerazioni costanti perché sono intrinsecamente accoppiati alla corrente alternata, ma sono in genere la scelta più versatile ed economica per misurare accelerazioni transitorie e periodiche veloci.
Gli accelerometri piezoresistivi possono essere realizzati con estensimetri metallici, silicio piezoresistivo o come dispositivi MEMS. In questi progetti il materiale resistivo è tipicamente legato a una trave a sbalzo che subisce una flessione sotto l'influenza dell'accelerazione. Questa flessione provoca la deformazione del resistore, con conseguente variazione della sua resistenza. I resistori sono normalmente configurati in un circuito a ponte di Wheatstone, che fornisce una variazione della tensione di uscita proporzionale all'accelerazione. Gli accelerometri piezoresistivi sono in grado di misurare accelerazioni costanti, transitorie e periodiche.
Gli accelerometri capacitivi sfruttano le proprietà di un condensatore a piastre contrapposte per il quale la distanza tra le piastre varia proporzionalmente all'accelerazione applicata, modificando la capacità. Questa variabile viene utilizzata in un circuito per fornire un segnale di tensione proporzionale all'accelerazione. Gli accelerometri capacitivi sono in grado di misurare accelerazioni costanti, transitorie e periodiche.