Acelerômetros MEMS

Os acelerômetros capacitivos se baseiam nas mudanças de capacitância da massa sísmica sob aceleração. Essa tecnologia é a mais usada nos acelerômetros atuais. Esses acelerômetros utilizam a tecnologia de fabricação de Sistemas Microeletromecânicos (MEMS), que gera economia de escala para aplicações de alto volume, reduzindo assim os custos de fabricação. Uma característica inerente a todos os dispositivos capacitivos é o relógio interno. A frequência do relógio (~500 kHz) é uma parte integral do circuito de detecção de corrente, que está sempre presente no sinal de saída devido ao vazamento interno. O ruído de alta frequência pode estar fora da faixa de medição de aceleração de interesse, mas está sempre presente no sinal. Com seu amplificador/CI integrado, a conexão elétrica de 3 fios (ou 4 fios para saída diferencial) é direta, exigindo apenas uma fonte de tensão contínua estável para alimentação.

A largura de banda do acelerômetro capacitivo é em grande parte limitada a algumas centenas de Hz. Contudo, alguns designs alcançam até 1.500 Hz, em parte por sua geometria física e ao seu alto amortecimento de gases. A estrutura do sensor capacitivo é adequada para a faixa mais baixa de medição de aceleração. O limite da faixa máxima geralmente é menos de 200 g. Os acelerômetros capacitivos modernos, especialmente os dispositivos de qualidade instrumental, oferecem boa linearidade e alta estabilidade de saída.

Os acelerômetros capacitivos são mais adequados para aplicações de monitoramento a bordo, onde o custo pode ser um fator decisivo. Eles também fazem medições dos movimentos de baixa frequência, onde o nível de aceleração também é baixo, como as medições de vibração na engenharia civil.

Os sensores piezoresistivos também são comumente em acelerômetros de resposta CC. Em vez de detectar as mudanças de capacitância na massa sísmica (como em um dispositivo capacitivo), os acelerômetros piezoresistivos produzem alterações de resistência nos extensômetros que fazem parte do sistema sísmico do acelerômetro. A saída da maioria dos designs piezoresistivos é geralmente sensível à variação de temperatura. Portanto, é necessário aplicar a compensação de temperatura à saída internamente ou externamente. Acelerômetros piezoresistivos modernos incorporam ASIC para todas as formas de condicionamento de sinal a bordo, bem como compensação de temperatura no local.

A largura de banda dos acelerômetros piezoresistivos pode atingir mais de 7.000 Hz. Muitos dos designs piezoresistivos são amortecidos por gás (tipos MEMS) ou por fluido (tipo extensômetro de fita). As características de amortecimento podem ser um fator importante na escolha de um acelerômetro. Em aplicações em que a entrada mecânica pode conter uma entrada de alta frequência (ou excitar uma resposta de alta frequência), um acelerômetro amortecido pode evitar oscilações (ressonância) do sensor e preservar ou melhorar a faixa dinâmica. Como a saída do sensor piezoresistivo é diferencial e puramente resistiva, o desempenho sinal-ruído costuma ser excelente; sua faixa dinâmica é limitada apenas pela qualidade do amplificador de ponte CC. Em medições de choque de alta aceleração, alguns designs piezoresistivos conseguem operar com níveis de aceleração maiores que 10.000 g.

Devido à sua capacidade de largura de banda mais ampla, os acelerômetros do tipo piezoresistivo são mais adequados para medições de impulsos/impactos, onde a faixa de frequências e o nível de aceleração (g) costumam ser altos. Sendo um dispositivo de resposta CC, é possível derivar com precisão com base na sua saída de aceleração as informações desejadas de velocidade e deslocamento sem erro de integração. Acelerômetros piezoresistivos são comumente usados em testes de segurança automotivos, testes de armas e medições de choque em faixas mais altas, além da faixa útil dos acelerômetros do tipo VC.