¿Qué es un acelerómetro?
Los acelerómetros son dispositivos que miden la aceleración, lo cual es el cambio de velocidad en un periodo de tiempo de un objeto. Ellos miden en metros por segundo cuadrado (m/s2) o en fuerza-G (g). Una sola fuerza-G para nosotros en el planeta tierra equivale a 9.8 m/s2, pero esto varia un poco con la elevación (y es un valor distinto en distintos planetas debido a las variaciones en la atracción de la gravedad). Los acelerómetros son útiles para medir vibraciones en sistemas o para aplicaciones de orientación.
Lecturas Sugeridas
Si no estas familiarizado con algunos de los siguientes temas, puede que quiera leerlos antes de avanzar con los acelerómetros.
- Niveles Lógicos
- Comunicación SPI
- Comunicación I2C
- Modulación por ancho de pulso (PWM)
- Conversión Análogo a Digital
¿Cómo funciona un acelerómetro?
Los acelerómetros son dispositivos electromecánicos que sensan las fuerzas estáticas o dinámicas de aceleración. Las fuerzas estáticas incluyen la gravedad, mientras las dinámicas incluyen vibracion o movimiento.
Los acelerómetros pueden medir la aceleración en uno, dos, o tres ejes. Las unidades de 3 ejes se están volviendo más comunes, ya que el costo ha disminuido.
Generalmente, los acelerómetros contienen internamente placas capacitivas. Algunas de estas son fijas, mientras que otras están unidas a pequeños resortes que se mueven internamente a medida que las fuerzas de aceleración actúan sobre el sensor. Como estas placas se mueven en relación el uno con el otro, la capacitancia entre ellas cambia. A partir de estos cambios en la capacitancia, la puede determinar la aceleración.
Otros acelerómetros pueden estar centrados alrededor de materiales piezoeléctricos. Estas pequeñas estructuras de cristal emiten carga eléctrica cuando se ponen bajo esfuerzo mecánico (por ejemplo: aceleración).
Como Conectar un Acelerómetro
Para la mayoría de los acelerómetros, las conexiones básicas requeridas para la operación son las líneas de alimentación y las líneas de comunicación. Como siempre, puedes leer el datasheet para asegurarte que se estén efectuando las conexiones correctas.
Interfaz de Comunicación
Los acelerómetros se comunican a través de interfaces de comunicaciones análogas, digitales, o de modulación de ancho de pulso.
- Los acelerómetros con interfaz análoga muestran aceleraciones a través de distintos niveles de voltaje. Estos valores fluctúan generalmente entre el voltaje de la tierra y de la fuente de alimentación. Un ADC en un microcontrolador puede ser utilizado para leer estos valores. Estos son generalmente más baratos que los acelerómetros digitales.
- Los acelerómetros con interfaz digital se pueden comunicar por protocolos de comunicación SPI o I2C. Estos tienden a tener más funcionabilidad y son menos susceptibles al ruido que los acelerómetros análogos.
- Los acelerómetros que manejan datos a través de modulación por ancho de pulso (PWM) emiten ondas cuadradas con un periodo conocido, pero el ciclo de trabajo varía con los cambios en la aceleración.
Potencia
Los acelerómetros son generalmente dispositivos baja potencia. La corriente requerida generalmente cae dentro del rango de los micro (µ) o mili ampere, con un voltaje de fuente de 5V o menos. El consumo de corriente varía dependiendo del ajuste (por ejemplo, modo de ahorro de energía versus modo de operación estándar). Estos distintos modos hacen que los acelerómetros sean adecuados para aplicaciones energizadas con baterías.
Asegúrate que coincidan los niveles lógicos, especialmente con las interfaces digitales.
¿Cómo Escoger un Acelerómetro?
Cuando se escoge un acelerómetro, hay varias características importantes que se deben considerar incluyendo los requerimientos de poder y la interfaces de comunicación discutidas previamente. Las características adicionales que se deben tomar en cuenta son las que siguen:
Rango
La mayoría de los acelerómetros tienen un rango seleccionable de fuerzas que ellos pueden medir. Estos rangos pueden variar entre ±1g hasta ±250g. Comúnmente, mientras más pequeño el rango, mas sensibles serán las lecturas del acelerómetro. Por ejemplo, para medir pequeñas vibraciones en la cubierta de una mesa, al usar acelerómetros de pequeño rango se obtendrán datos más detallados de que si se utilizara un rango de 250g (lo cual es más adecuado para los aviones).
Características Adicionales
Algunos acelerómetros incluyen características tales como detección de golpes (útiles para aplicaciones de baja potencia), detección de caída libre (utilizado para la Protección Activa de Disco Duro), compensación de temperatura (para aumentar la precisión en situaciones estimación vectorial), y la detección de 0-g, las cuales son otras características que se deben considerar cuando se compra un acelerómetro. Las necesidades de este tipo de características en un acelerómetro van a ser determinadas por la aplicación en la cual se incorpora el acelerómetro.
También están disponibles los IMU (Unidades de Medición Inercial), los cuales pueden incluir acelerómetros, giroscopios y ocasionalmente, hasta magnetómetros en un solo circuito integrado. Algunos ejemplos de estos incluyen el MPU6050 y el MPU9150. Estos son comúnmente utilizados en aplicaciones de seguimiento de movimiento y sistemas de guiado UAV (Vehículos Aéreos No-tripulados), donde la ubicación y orientación de un objeto es importante.