Distintos tipos de sensores de vibración
Veamos con más detalle los sensores de vibración, tanto los piezoeléctricos como los de capacitancia variable: los dos principales acelerómetros que se usan para medir la vibración. Cada uno de estos dispositivos tiene sus ventajas y desventajas, como ya indicamos en un reciente estudio comparativo técnico publicado por TE Connectivity.
En lo referente a su funcionamiento, los acelerómetros piezoeléctricos (PE) contienen cristales piezoeléctricos autogenerados y emiten una señal cuando detectan vibración. La mayoría de los sensores piezoeléctricos incorporan materiales cerámicos basados en circonato-titanato de plomo (PZT) polarizados para alinear los dipolos y convertir los cristales en piezoeléctricos. Los cristales de PZT son aptos para aplicaciones de monitorización de las condiciones. Pueden funcionar en un amplio rango de temperatura y dinamismo con un ancho de banda de frecuencia de >20 kHz.
En el mercado se pueden encontrar básicamente dos tipos de diseños de acelerómetros PE: de compresión y de cizallamiento. Los diseños de compresión, que se fabrican tensionando el cristal piezoeléctrico mediante la carga de una masa en el cristal y la aplicación de una fuerza de precarga, ofrecen un rendimiento limitado. Son propensos a un aumento de tensión en la base y registran mayores derivas térmicas.
Por otro lado, los diseños de tipo cizallamiento incorporan un cristal de cizallamiento y una masa anular sujetos a un poste de apoyo. El rendimiento de este diseño es mejor que el de los de compresión porque está aislado en la base y resulta mucho menos propenso al estrés térmico, lo que proporciona mayor estabilidad. De hecho, estas características han hecho que el diseño de cizallamiento sea más habitual en las aplicaciones de monitorización de las condiciones.
Valoremos ahora el rendimiento de los sensores de capacitancia variable (CV). Estos dispositivos miden la aceleración registrando la variación de la capacitancia de una masa sísmica transferida entre dos placas de condensadores. El cambio de capacitancia es proporcional a la aceleración aplicada.
Los acelerómetros de CV necesitan tener un CI unido al elemento sensor para transformar los pequeños cambios de capacitancia en una salida de voltaje.
Sin embargo, este proceso de conversión puede provocar una baja relación señal-ruido y un rango dinámico limitado. En general, los sensores de CV se fabrican con obleas de silicio y se transforman en chips en miniatura de sistemas micro electromecánicos (SMEM).
