Oficina de acelerômetro flexível de quartzo

Pontos-chaveAcelerômetro de quartzoPrós: Alta precisão, estável, amplo alcance, robustoContras: Maior, caro, alta potênciaIdeal para: Aplicações de precisão (ex.: aeroespacial)Acelerômetro MEMSPrós: Compacto, baixo custo, baixo consumo de energiaContras: Menor precisão, alcance limitadoIdeal para: Eletrônicos de consumo, dispositivos portáteisConclusãoQuartzo: Para alta precisãoMEMS: Para soluções compactas e econômicasA escolha entre um acelerômetro flexível de quartzo e um acelerômetro MEMS depende dos requisitos específicos da aplicação. Aqui estão alguns fatores importantes a serem considerados: 1. Acelerômetro flexível de quartzoVantagens:1) Alta precisão e estabilidade: Os acelerômetros de quartzo são conhecidos por sua alta precisão e estabilidade a longo prazo, tornando-os adequados para aplicações que exigem medições precisas por períodos prolongados.2) Ampla faixa dinâmica: Eles podem medir uma ampla gama de acelerações, desde muito baixas até muito altas.3) Robustez: Em geral, são robustos e podem operar em ambientes hostis, incluindo altas temperaturas e condições de alta vibração.4) Baixo ruído: Normalmente apresentam baixos níveis de ruído, o que é crucial para medições sensíveis. Desvantagens: 1) Tamanho e peso: Os acelerômetros de quartzo são geralmente maiores e mais pesados ​​em comparação com os acelerômetros MEMS.2) Custo: Geralmente são mais caros devido ao complexo processo de fabricação e aos materiais de alta qualidade utilizados.3) Consumo de energia: Eles tendem a consumir mais energia, o que pode ser uma preocupação para dispositivos alimentados por bateria. 2. Acelerômetro MEMSVantagens:1)      Tamanho compacto: Os acelerômetros MEMS são pequenos e leves, o que os torna ideais para aplicações onde espaço e peso são fatores críticos, como em eletrônicos de consumo e dispositivos portáteis.2)      Baixo custo: Geralmente, são mais baratos de produzir, o que os torna economicamente vantajosos para aplicações de grande volume.3)      Baixo consumo de energia: os acelerômetros MEMS consomem menos energia, o que é benéfico para dispositivos alimentados por bateria.4)      Integração: Podem ser facilmente integrados com outros componentes eletrônicos em um único chip, possibilitando dispositivos multifuncionais. Desvantagens:1) Menor precisão: Os acelerômetros MEMS podem apresentar menor precisão e estabilidade em comparação com os acelerômetros de quartzo, especialmente em longos períodos.2) Faixa dinâmica limitada: Podem não apresentar o mesmo desempenho na medição de acelerações muito altas ou muito baixas.3) Sensibilidade ambiental: Podem ser mais sensíveis a fatores ambientais como temperatura e vibração, o que pode afetar o desempenho. 3. Considerações sobre a candidaturaØ  Aplicações de alta precisão: Se a sua aplicação exigir alta precisão, estabilidade e ampla faixa dinâmica (por exemplo, aeroespacial, defesa ou monitoramento sísmico), um acelerômetro flexível de quartzo pode ser a melhor escolha.Ø  Eletrônicos de consumo: Para aplicações em que tamanho, peso, custo e consumo de energia são fatores críticos (por exemplo, smartphones, wearables, dispositivos IoT), um acelerômetro MEMS provavelmente é mais adequado. 4. Comparação de desempenhoA Micro-Magic Inc. fornece uma série de acelerômetros de quartzo de alta precisão e uma série de acelerômetros MEMS. Tomando como exemplos o acelerômetro de quartzo AC-5B e o acelerômetro MEMS ACM-300-8, algumas comparações típicas de parâmetros são apresentadas a seguir: ParâmetrosAC-5ACM-300Faixa de medição±50 g±8 gResolução

Pontos-chaveProduto: Acelerômetro de quartzo Q-FlexPrincipais características:Componentes: Pêndulo de quartzo de alta pureza com sistema de feedback em circuito fechado para medições precisas de aceleração.Função: Fornece dados de aceleração precisos e estáveis, com baixo ruído e boa estabilidade a longo prazo, sendo especialmente eficaz em operação em malha fechada.Aplicações: Ideal para navegação e controle de atitude de aeronaves, exploração geológica e ambientes industriais que exigem medições inerciais precisas.Método de medição: Medição da resposta em frequência em malha fechada, garantindo uma estimativa confiável dos parâmetros de amortecimento e um desempenho preciso.Conclusão: O acelerômetro Q-Flex oferece alta precisão e estabilidade, tornando-o valioso para aplicações de navegação, controle e medição industrial.O acelerômetro Q-Flex é um tipo de dispositivo de medição inercial que utiliza um pêndulo de quartzo para medir a aceleração de um objeto, resultante do seu desvio da posição de equilíbrio devido à força inercial. Graças ao baixo coeficiente de temperatura do quartzo de alta pureza e às suas características estruturais estáveis, o acelerômetro Q-Flex apresenta alta precisão de medição, baixo ruído, boa estabilidade a longo prazo e é amplamente utilizado no controle de atitude, navegação e orientação de aeronaves, bem como em exploração geológica e outros ambientes industriais.1. Método de detecção para o acelerômetro Q-FlexQuando o sistema está em malha aberta, como não consegue gerar momento de realimentação, o conjunto do pêndulo fica sujeito a um momento de inércia fraco ou ao momento ativo do conversor de torque. O pêndulo de quartzo toca facilmente o núcleo de ferro e entra em saturação, o que torna muito difícil testar os parâmetros de amortecimento em malha aberta. Portanto, considera-se que os parâmetros de amortecimento sejam medidos em malha fechada.As características de frequência em malha fechada do sistema de controle refletem a variação da amplitude e da fase do sinal de saída com a frequência do sinal de entrada. A resposta em frequência do sistema estabilizado ocorre na mesma frequência do sinal de entrada, e sua amplitude e fase são funções da frequência; portanto, a curva característica de amplitude-fase da resposta em frequência pode ser aplicada para determinar o modelo matemático do sistema. Para obter os parâmetros de amortecimento reais do acelerômetro, utiliza-se o método de medição da resposta em frequência em malha fechada.No método de medição de resposta em frequência em malha fechada, o acelerômetro é fixado na mesa vibratória horizontal em estado de pêndulo, de modo que a direção da aceleração de entrada da mesa vibratória esteja alinhada com o eixo de sensibilidade do acelerômetro. Este, por sua vez, é posicionado horizontalmente em estado de pêndulo, o que elimina a assimetria da força gravitacional sobre a aceleração de entrada. O posicionamento horizontal do acelerômetro em estado de pêndulo elimina o efeito da gravidade sobre a assimetria da aceleração de entrada.Figura 1: Curva característica de frequência da amplitude do laço fechado de qfasControlando o vibrador horizontal, um sinal de aceleração senoidal de 6 g (onde g é a aceleração da gravidade, 1 g ≈ 9,8 m/s²), com frequência crescente de 0 a 600 Hz, é aplicado ao acelerômetro Q-Flex. Este sinal reflete a atenuação de amplitude e o atraso de fase da saída do acelerômetro dentro da faixa e largura de banda de projeto do mesmo. O acelerômetro produzirá a saída correspondente sob a ação da mesa vibratória. Um registrador de alta taxa de amostragem, conectado a ambos os lados do resistor de amostragem, registra a saída do acelerômetro e plota a curva característica de amplitude-frequência mostrada na Figura 1.Na faixa de passagem da curva característica de amplitude-frequência do acelerômetro, o acelerômetro flexível de quartzo mantém uma boa capacidade de acompanhamento da aceleração. Com o aumento da frequência de aceleração de entrada, o pico de ressonância do sistema ocorre em 565 Hz, com um valor de Mr = 32 dB. A frequência de corte do sistema é de 582 Hz, e a amplitude do sistema nessa frequência começa a apresentar uma atenuação superior a 3 dB. Como a inércia rotacional, a rigidez e os demais parâmetros do circuito de controle servo do acelerômetro Q-Flex são conhecidos, as características de amplitude-frequência do sistema são utilizadas para determinar o parâmetro desconhecido δ. A função de transferência em malha fechada do sistema é dada por:Equação 1O método dos mínimos quadrados estima os parâmetros do modelo com base nos dados reais observados, e um conjunto de dados de amplitude de frequência é obtido gerando uma entrada de aceleração externa por meio de um vibrador horizontal, que é medida por um registrador gráfico, conforme mostrado na Tabela 1.Tabela 1: Dados de amostragem de amplitudes de frequência de qfasA função de resposta amplitude-frequência do sistema de acelerômetro flexural de quartzo com parâmetros conhecidos é a função objetivo, e a soma dos quadrados dos resíduos com parâmetros desconhecidos é estabelecida comoEquação 2Onde n é o número de pontos característicos selecionados. Usando a equação acima, um valor adequado de δ é selecionado de forma que D(δ) tenha o valor mínimo. O coeficiente de amortecimento desejado é obtido como δ = 7,54 × 10⁻⁴ N·m·s/rad usando o método dos mínimos quadrados.O modelo de simulação em circuito fechado do sistema foi estabelecido, e o coeficiente de amortecimento foi substituído no modelo da cabeça do acelerômetro flexural de quartzo. O sistema foi então simulado e a curva característica de amplitude-frequência do sistema foi plotada, conforme mostrado na Figura 2, que se aproxima mais da curva medida.Figura 2. Característica de frequência da amplitude real e saída da simulação paramétrica.Alguns estudos resolveram a distribuição de amortecimento do filme piezoelétrico na superfície do pêndulo pelo método de diferenças finitas no domínio do tempo, e o coeficiente de amortecimento do filme piezoelétrico do pêndulo é de 1,69×10-4 N·m·s/rad, o que indica que o coeficiente de amortecimento obtido pela identificação da resposta de amplitude-frequência do sistema tem a mesma ordem de grandeza que o valor calculado teoricamente, e o erro origina-se do amortecimento do material da estrutura mecânica, do erro de montagem durante a instalação e teste, do erro de entrada do vibrador e de outros fatores ambientais.2. ConclusãoA Micro-Magic Inc. fornece acelerômetros de quartzo de alta precisão, como o AC-5, com pequeno erro e alta precisão, que possuem estabilidade de polarização de 5 μg, repetibilidade do fator de escala de 50 a 100 ppm e peso de 55 g, podendo ser amplamente utilizados em áreas como perfuração de petróleo, sistemas de medição de microgravidade em navios-tanque e navegação inercial. AC5Acelerômetro de pêndulo de quartzo de 50g com ampla faixa de medição. Acelerômetro de quartzo flexível.