Acelerômetro

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa
Galaxy Nexus, exemplo de smartphone com acelerômetro[1]

O acelerômetro é um dispositivo usado para medir a aceleração própria. A aceleração própria difere da aceleração (no sentido convencional de taxa de mudança de velocidade) pois está atrelada a sensação de peso medida em um dado referencial. Um acelerômetro é incapaz de medir a aceleração de um objeto em queda livre, por exemplo. A sensação de peso em um acelerômetro em queda livre no sol ou na lua é nula embora a aceleração seja bastante diferente nesses casos.

Acelerômetros são dispositivos que podem funcionar a partir de diversos efeitos físicos e tem, portanto, uma ampla faixa de valores de aceleração que são capazes de medir, logo tem uma gama de aplicações bastante elevada. Esses dispositivos são usados principalmente em sistemas de posicionamento, sensores de inclinação, bem como sensores de vibração. Uma aplicação bastante conhecida de acelerômetros são as telas de aparelhos celulares que se ajustam de acordo com o ângulo que fazem em relação à aceleração da gravidade.

Partindo da segunda lei de Newton, é possível construirmos vários tipos de acelerômetros. Podemos visualizar o seu princípio de funcionamento se imaginarmos um copo com água até a metade. Se colocarmos o copo sobre uma superfície plana e empurrarmos para frente, desta forma o acelerando, notamos que a água se move em relação ao copo. Quanto mais forte for a aceleração, mais água se desloca em relação ao copo. Outro exemplo, rudimentar é um lustre pendurado em um trem, enquanto o trem acelera, freia ou faz uma curva é possível notar um ângulo entre a linha que segura o lustre e a vertical.

Modelos muito mais sofisticados são produzidos atualmente. Sua aplicação em larga escala na indústria automotiva promoveu a redução do preço e popularização da tecnologia, que pode ser encontrada até em relógios de pulso, alguns aparelhos de telefonia móvel e videogames.

Tipos de acelerômetros[editar | editar código-fonte]

Há inúmeros tipos de acelerômetros que usam diferentes tipos de efeitos para medir a aceleração. Entre eles os principais são[2] :

Classificação quanto ao princípio físico de medida:

Piezoelétrico[editar | editar código-fonte]

Esse tipo de dispositivo faz uso do efeito piezoelétrico. Normalmente, há uma massa presa a um cristal piezoelétrico, quando há uma aceleração no sistema a massa presa ao cristal acaba gerando uma deformação no cristal e este deslocamento gera um sinal elétrico.

Piezoresistivo[editar | editar código-fonte]

Um acelerômetro piezoresistivo faz uso da variação de resistência de um cristal quando esticado.

Capacitivo[editar | editar código-fonte]

Um acelerômetro capacitivo funciona de modo que a aceleração no dispositivo desloca uma placa móvel de um capacitor em relação a placas fixas no dispositivo. Desta, forma altera-se a capacitância de cada capacitor. [3]

Acelerômetro de Efeito Hall[editar | editar código-fonte]

Neste dispositivo, a aceleração move uma fita, que está conduzindo corrente elétrica, por um campo magnético não uniforme. Assim, quanto maior for o deslocamento, maior será o campo magnético, portanto maior será a diferença d potencial transversal a corrente, devido ao efeito Hall.[4] [5]

Magnetoresistivo[editar | editar código-fonte]

O caso de um acelerômetro magnetoresistivo, a aceleração causa um deslocamento em uma massa de material magnético, e na parte fixa do dispositivo tem materiais que alteram sua resistência com a presença de um campo magnético. [6]

Acelerômetro de transferência de calor[editar | editar código-fonte]

Uma forma de montar um acelerômetro de fluxo de calor é fazer uma fonte de calor como massa de prova e colocar termoresistores em posições opostas. Assim, uma aceleração altera a posição da fonte de calor e consequentemente muda-se a resistência de cada termoresistor.

Outra forma faz uso da variação do fluxo de calor em um meio convectivo quando acelerado. Uma fonte de calor é colocada igualmente espaçada entre termoresistores. Quando o sensor é acelerado, o fluxo convectivo não é mais simétrico, gerando uma diferença de temperatura e consequentemente de resistência nos termoresistores. [7]


Redes de Bragg em Fibras Ópticas[editar | editar código-fonte]

São acelerômetros que usam redes de Bragg em fibras ópticas para medir a aceleração. As redes de Bragg em fibras ópticas são fibras ópticas com regiões de variação periódicas do índice de refração. Elas tem a propriedade de transmitir diversos comprimentos de onda e refletir em um comprimento de onda bem determinado. Portanto, ela funciona como um filtro de comprimento de onda. Ao sofrer, uma deformação a densidade da fibra óptica é alterada, consequentemente o índice de refração, e finalmente o comprimento de onda filtrado.[8]

De modo simplificado, neste dispositivo, há uma viga com uma ponta presa a uma base, e, na outra ponta, há uma massa de prova presa. Sobre a viga é colada uma a rede de Bragg em fibra óptica. Quando a massa é acelerada, a viga e as essas fibras sofrem uma tensão que as esticam. Assim, altera-se o comprimento de onda refletido pela fibra óptica.

Esses dispositivos são frequentemente usados para detecção de atividades sísmicas devido a sua altíssima sensibilidade aliada a um baixo ruído. Um terremoto típico tem frequências da ordem de 0.1 a 1 Hz e acelerações da ordem de 0.1g. Portanto, é necessário um detector que trabalhe na mesma faixa, de frequência e consiga diferenciar acelerações tão baixas. Neste tipo de acelerômetro, consegue-se trabalhar na mesma faixa, com sensibilidades de variação no comprimento de onda na faixa de 90-600 pm/g. [9]

Parâmetros de desempenho[editar | editar código-fonte]

Há diversos elementos que se devem analisar ao selecionar um dispositivo para algum determinado problema de medida. [10]

Intervalo de Medida[editar | editar código-fonte]

Os acelerômetros têm uma região em que podem diferenciar corretamente a aceleração a que estão submetidos.

Sensibilidade[editar | editar código-fonte]

Corresponde a variação do sinal de resposta quando submetido a uma aceleração.

Frequência de Resposta[editar | editar código-fonte]

É a frequência na qual o dispositivo é capaz de registrar ou transmitir um sinal dado uma certa aceleração.

Número de Eixos[editar | editar código-fonte]

Os dispositivos tem eixos de medida de aceleração. Cada sensor tem um número de que varia de um a três eixos possíveis de detecção.

Tamanho e Massa[editar | editar código-fonte]

Obviamente o tamanho do dispositivo é um fator importante na escolha. A massa do sensor é um fator crítico, recomenda-se que o dispositivo tenha uma massa pelo menos uma ordem de grandeza inferior a massa da peça que se quer medir a aceleração.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Acelerômetros podem ser usados em diversas áreas distintas. Normalmente são empregados para medir acelerações, no entanto podem, através de circuitos integradores, medir velocidades, e distâncias percorridas. São comummente empregados no estudo de acústica e vibrações. Muitas vezes são utilizados para medir o trabalho de de peças submetidos a altas variações de acelerações a a altas frequências como turbinas e brocas de perfuração de solo. No outro extremo, utilizam-se para estudos de vibrações de baixa frequência e baixas oscilações de aceleração, como no estudo de vibrações em edificações ou para estudos de atividades sísmicas. Outro uso bastante comum dos acelerômetros é medir inclinações em relação à gravidade, podendo ser utilizados para a orientação de uma tela de celular, por exemplo.

Indústria de Petróleo[editar | editar código-fonte]

Os dutos de extração de petróleo são muitas vezes expostos vibrações devido a ondas ou marés. É necessário muitas vezes o monitoramento a distância das cargas a que os dutos são submetidos. Esse monitoramento pode ser feito usando acelerômetros.[11]

Indústria Automotiva[editar | editar código-fonte]

Na indústria automotiva, acelerômetros são usados tanto no produto final como no caso do sistema que aciona a airbag, ou um senseor de inclinação do veículo, como na fase de montagem para analisae a vibração interna do veículo, ou na verificação do funcionamento de uma peça. [12]

Robótica[editar | editar código-fonte]

No ramo da robótica, acelerômetros muitas vezes são usados para a identificação da inclinação de determinada peça, ou medir a movimentação da peça.

Eletrônica Associada[editar | editar código-fonte]

Os acelerômetros são dispositivos que têm alguma propriedade variando em função da aceleração. Em geral, um dispositivo que mede a aceleração tendo uma mudança do sinal baseado em algum dos princípios físicos deve fazer uma conversão do sinal alterado para o sinal que será enviado ao resto do circuito. Por exemplo:um circuito lógico digital que tem um acelerômetro capacitivo deve transformar a variação de capacitância em um sinal de tensão para ser interpretado pelo resto do circuito. Por isso, é usual a presença de algum conversor de sinal.

O sinal convertido do acelerômetro muitas vezes não é suficiente para ser passado ao resto do circuito e portanto deve passar por um amplificador.

Outro elemento comum nesses dispositivos são os filtros de frequência. Muitas vezes é necessário filtrar o sinal do dispositivo para uma determinada frequência de interesse, ou a frequência em que se sabe a resposta do acelerômetro.

Além desses elementos, em dispositivos digitais é possível alterar a faixa de frequência em que ele opera, trocando de filtro. São comuns nesses dispositivos, memórias, geradores de clock, e circuitos de roteamento de clock.

Muitos acelerômetros são usados para desligar aparelhos quando estão em queda, por isso se colocam circuitos lógicos que, quando identificam sinal zero em todos eixos do acelerômetro por um determinado período de tempo, emitem um comando para desligar o aparelho, ou registrar os dados em alguma memória antes do aparelho se destruir. [3] [13]


Notas e referências

Ícone de esboço Este artigo sobre física é um esboço. Você pode ajudar a Wikipédia expandindo-o.