Sensores

Conceptos electrónicos en la medida de la aceleración y la vibración

INDICE
Introducción Tipos de Acelerómetros Criterios de selección de acelerómetros Sensores piezoeléctricos 4.1. Comportamiento de los materiales piezoeléctricos 4.2. Los dispositivos piezoeléctricos como sensores 4.3. Problemática de la utilización de los sensores piezoeléctricos 5. Conclusiones 1. 2. 3. 4.

1.INTRODUCCIÓN
La medida de la aceleración ha alcanzado recientemente cotas de utilización muy altas, en parte gracias a las excelentes prestaciones de los sensores desarrollados para ser aplicados en sistemas de seguridad en automoción, como en el caso del airbag. Los primeros sensores de aceleración y vibración eran auténticos sistemas de alta complejidad y reducida fiabilidad que se basaban en la medida delos desplazamientos de una masa inercial sujeta a la aceleración con resortes que contrarrestaban el efecto de la fuerza generada por la masa. De la misma forma, la medida de la vibración resulta muy parecida a la de la aceleración ya que la presencia de movimientos vibratorios supone aceleraciones cambiantes cuyo aspecto es similar al del movimiento inicial. Otras variables habituales que llevanimplícita la medida de la aceleración dan lugar a los sensores de impacto que se caracterizan por la detección de fuertes aceleraciones en cortos periodos de tiempo, como en el caso de los sensores de choque que disparan los airbag de los automóviles. En todos estos casos cabe hablar de medidas de aceleración y los sensores para cada aplicación serán siempre acelerómetros aunque, en función de loque se vaya a medir, el dispositivo estará diseñado para ofrecer las mejores características en ese sentido: por ejemplo, cuando se van a medir aceleraciones constantes no tiene sentido el empleo de dispositivos piezoeléctricos puesto que no responden bien ante solicitaciones constantes. Cuando lo que se pretende medir es una vibración, como es el caso dentro del mantenimiento predictivo demáquinas rotativas, muchas veces sólo interesa su amplitud y/o su frecuencia con lo que la linealidad del dispositivo que la mida es un factor secundario. Así pues, aunque la medida de la aceleración genérica tenga varias vertientes, en muchas ocasiones los sensores se denominan como sensores de vibración, de choque o impacto, a pesar de que todos ellos puedan ser agrupados dentro del campo de losacelerómetros porque, de hecho, lo son. Finalmente, cabe considerar los sensores de golpe (tilt sensors) que son un caso de sensor de impacto para detectar pequeños golpes.

Daniel Monje Centeno

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Trabajo final curso 2009/10 de Experto Universitario en Mantenimiento de Medios e Instalaciones Industriales

Conceptos electrónicos en la medida de la aceleración y la vibración

2. TIPOS DEACELERÓMETROS.
Los métodos para medir la aceleración son muy variados por lo que sólo vamos a mencionar algunos de ellos: • Acelerómetros mecánicos: emplean una masa inerte y resortes elásticos. En este tipo de acelerómetro los cambios se miden con galgas extensiométricos, incluyendo sistemas de amortiguación que evitan la propia oscilación. Otros sistemas emplean sistemas rotativos desequilibradosque originan movimientos oscilatorios cuando están sometidos a aceleración (servoacelerómetros) o detectan el desplazamiento de una masa inerte mediante cambios en la transferencia de calor (acelerómetros térmicos). • • Acelerómetros capacitivos: modifican la posición relativa de las placas de un microcondensador cuando está sometido a aceleración. Acelerómetros piezoeléctricos: su funcionamientose basa en el efecto piezoeléctrico y son, probablemente, de los más usados en la medida de vibraciones. Su principal inconveniente radica en su frecuencia máxima de trabajo y en la incapacidad de mantener un nivel permanente de salida ante una entrada continua. Acelerómetros micromecánicos (MEMS según las siglas anglosajonas Micro-Electro-Mechanical-System): este tipo de dispositivos ha sido...