Sensores Acelerômetros: Como Funcionam e Onde São Usados

Dispositivos modernos dependem de sensores para monitorar e controlar variáveis físicas. Entre estes, acelerômetros medem aceleração e velocidade de um objeto, permitindo recursos desde orientação de smartphone até navegação de aeronaves.

O que é um Acelerômetro?

Aceleração é a taxa de mudança de velocidade ao longo do tempo. Na prática, existem dois conceitos: aceleração própria, que é a aceleração física sentida por um objeto relativo ao espaço inercial, e aceleração coordenada, que depende do referencial do observador. Um acelerômetro é um instrumento eletromecânico que mede diretamente a aceleração própria.

Princípio de Funcionamento

O princípio central é análogo a uma massa em uma mola. Quando o dispositivo acelera, a massa deflete até que a força restauradora da mola equilibre a força inercial. O deslocamento resultante é proporcional à aceleração detectada, e esse movimento mecânico é convertido em sinal elétrico.

Acelerômetros vêm em formatos analógico e digital. São fabricados usando transdução piezoelétrica, piezoresistiva ou capacitiva. Cada método traduz o movimento mecânico em quantidade elétrica mensurável:

• Acelerômetros piezoelétricos usam material piezoelétrico de cristal único que gera tensão sob tensão, ideais para aplicações de alta frequência e alta temperatura.
• Acelerômetros capacitivos empregam estruturas micro-usinadas de silício onde aceleração muda capacitância, que é então convertida em tensão.
• Acelerômetros MEMS apresentam micro viga em balanço com massa de prova, disponíveis em configurações bi ou tridimensionais para sensoriamento de orientação e velocidade.

Aplicações

Acelerômeros sustentam muitas tecnologias através de indústrias:

• Sistemas de navegação inercial para aeronaves, navios e veículos autônomos.
• Monitoramento de vibração em máquinas rotativas para prevenir falhas.
• Orientação de tela e estabilização de imagem em smartphones e câmeras digitais.
• Estabilização de voo e controle de motor em drones.
• Orientação de dispositivo, detecção de choque e rastreamento de movimento em laptops e celulares.
• Pesquisa biológica para análise de movimento de alta frequência de animais.
• Monitoramento de saúde de equipamentos industriais e detecção de falhas em rotores.
• Monitoramento de saúde estrutural de edifícios e pontes sob cargas dinâmicas.
• Medição de profundidade de compressão torácica em RCP em dispositivos médicos.
• Navegação e sensoriamento de direção para sistemas GPS-aumentados.
• Sensoriamento remoto de atividade sísmica em redes de monitoramento de vulcões.

Exemplos do Mundo Real

Acelerômetros são integrais a aeronaves, mísseis, sistemas de monitoramento de terremotos, bombas, ventiladores, compressores, DEAs médicos, footpods, rolos de compactação inteligente, deploy de airbag, controle eletrônico de estabilidade em carros, trens basculantes, gravímetros, filmadoras, G-loggers, celulares e mais.

Todo smartphone contém um acelerômetro que, junto com um giroscópio, determina orientação da tela e suporta apps baseados em movimento. Pense na última vez que seu telefone auto-rotacionou — foi um acelerômetro trabalhando.