Acelerómetros piezoeléctricos

La mayoría de los sensores piezoeléctricos se basan en cerámicas de titanato de circonato de plomo (PZT), que cuentan con un rango de temperatura muy grande, un rango dinámico amplio y un gran ancho de banda (utilizable hasta más de 10 kHz). Cuando se aloja en una caja metálica hermética y soldada, un acelerómetro de modo de carga puede considerarse uno de los sensores más duraderos debido a su capacidad para tolerar condiciones ambientales hostiles.

Debido a sus características de alta impedancia, se debe utilizar un dispositivo de modo de carga con un cable apantallado de bajo ruido, de preferencia en una configuración coaxial. Los fabricantes de sensores suelen ofrecer estos cables con tratamiento antirruido.

Un amplificador de carga se utiliza en mayor parte para interactuar con los acelerómetros de modo de carga y evitar problemas asociados con la capacitancia de los cables paralelos. Con un amplificador de carga moderno, se puede obtener con facilidad el amplio rango dinámico (>120 dB) de los sensores de modo de carga. Debido al amplio rango de temperatura de funcionamiento de las cerámicas piezoeléctricas, algunos dispositivos de modo de carga se pueden utilizar en temperaturas de –200 °C a +640 °C y más, y son ideales, en particular, para medir vibraciones a temperaturas extremas, como en el monitoreo de motores de turbina.

El otro tipo de acelerómetro piezoeléctrico proporciona salida de voltaje, en lugar de carga. Para ello, se incorpora el amplificador de carga dentro de la carcasa del acelerómetro.

Modo de 2 cables: de alimentación o señal, y de tierra

El modo de 2 cables también se conoce como Electrónica Integral Piezoeléctrica (IEPE). La IEPE es más popular debido a su práctica configuración coaxial (de dos cables), en la que la señal de CA se superpone a la línea de suministro de CC. Se necesita un condensador de bloqueo para eliminar la polarización de CC de la salida de señal del sensor. Muchos analizadores de señales modernos ofrecen la opción de entrada IEPE/ICP que hace posible interactuar directamente con los acelerómetros IEPE. Si la opción de alimentación IEPE no está disponible, se requiere un acondicionador de señal o una fuente de alimentación con corriente constante para interactuar con este tipo de dispositivo.

Modo de 3 cables: de señal, de tierra y de alimentación

El dispositivo de modo de 3 cables requiere una línea de suministro de CC independiente para su funcionamiento correcto. A diferencia de un dispositivo de modo de carga que solo contiene elementos sensores cerámicos, el dispositivo de modo de voltaje incluye un circuito microelectrónico que limita la temperatura de funcionamiento del dispositivo a la temperatura de funcionamiento máxima de la electrónica, que por lo general es de +125 °C.

Debido a la excepcional amplitud de rango en los elementos cerámicos piezoeléctricos, los acelerómetros de modo de carga son más flexibles en términos de adaptabilidad porque el rango total del sistema se puede ajustar desde el amplificador de carga remoto a petición del usuario. En los dispositivos de modo de voltaje, por el contrario, el amplificador interno predetermina de fábrica el rango total y no se puede alterar. Los acelerómetros piezoeléctricos son muy pequeños e ideales para mediciones dinámicas en estructuras ligeras.