Acelerometros

Acelerómetros
Un acelerómetro es un instrumento para medir la aceleración de un objeto al que va unido, lo hace midiendo respecto de una masa inercial interna.
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.
Existen varios tipos de tecnologías(piezo-eléctrico, piezo-resistivo, galgas extensométricas, láser, térmico, etc.) y diseños muy distintos unos de otros según la aplicación a la cual van destinados y las condiciones en las que han de trabajar.
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 aceleraciónconstante de una masa implica una fuerza F = m ⋅ a, donde F es la fuerza, a es la aceleración y m es la masa.
Figura 2.1. Principio de la aceleración [31].
Muchos acelerómetros operan detectando la fuerza ejercida en una masa por una imitación 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 unadistancia 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 acelerómetrosmicro-mecanizados. La Aceleración es el cambio de la velocidad. La unidad de medida es: m/s², aunque podemos encontrarnos referencias de acelerómetros cuyo rango de actuación sea de varios g, donde g se define como 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 enautomoción como en el caso del airbag, robótica, electrónica de consumo entre muchas otras aplicaciones.
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 implícitala 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.
2.3 Tipos de Acelerómetros
2.3.1 Acelerómetros mecánicos
Emplean una masa inerte y resortes elásticos. Los cambios se miden con galgas extensiométricas, incluyendo sistemas deamortiguación que evitan la propia oscilación. En este tipo de acelerómetro, una o más galgas extensométricas hacen de puente entre la carcasa del instrumento y la masa inercial, la aceleración produce una deformación de la galga que se traduce en una variación en la corriente detectada por un puente de Whetstone, la deformación es directamente proporcional a la aceleración aplicada al acelerómetro.Figura 2.2. Acelerómetro mecánico [31].

2.3.2 Acelerómetros piezoeléctricos
Su funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico, donde una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina provocando un cambio en las características eléctricas del mismo. Su principal inconveniente radica en su frecuencia máxima de trabajo y en la incapacidad de mantener un nivelpermanente de salida ante una entrada común.

Figura 2.3. Esquema básico de un acelerómetro piezoeléctrico [17].
Así que poniendo un cristal de este tipo entre la carcasa (unida al objeto cuya aceleración se quiere medir) y una masa inercial se producirá una corriente cuando ocurra una aceleración ya que la masa ejercerá una fuerza sobre el cristal. Midiendo esta corriente podremos calcular la...