Accelerometro

8/17/2019 Accelerometro

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Accelerometri

Funzione di trasferimento:

2

2

2

21

1

)(

)(.)(

nn

n

s s

soneBase Accelerazi

soSpostament Diff sW

ω ω

ζ

ω

++

==

W(s)Accelerazione

da misurare

Spostamentorelativo tra massa

sismica e base di

fissaggio

dell’accelerometro

Si noti che la sensibilita’ dell’accelerometro (risposta per s=iw=0) e’ -1/wn^2 e

quindi inversamente proporionale alla !requena naturale del’accelerometro"

#iu’ ampia e’ la banda passante (0-wn) minore e’ quindi la sensibilita’



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#er quel che ri$uarda il rapporto di smoramento ne$li strumenti si !a in

modo che il suo valore renda massima la banda passante e lineare la

caratteristica di !ase"

#er questo motivo ne$li accelerometri % &=0"'


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#er lo stesso motivo per i velocimetri si ha % &1

2

2

2

21

1

)()(.)(

nn

n

s s

s s BaseVelocita soSpostament Diff sW

ω ω

ζ ω

++

==

2

2

2

21

)(

nn

n

i

i

iW

ω

ω ω

ω

ζ

ω

ω

ω

−+

=

i velocimetri o tachimetri sono misuratori di velocita’


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!olla di precarico

Accelerometri

estensimetri


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!ateriali piezoelettrici

"uando certi materiali vengono deformati#

internamente ad essi vengono generatecaric$e elettric$e. "uesto fenomeno %

reversibile e prende il nome di effetto

piezoelettrico. & campi di applicazione sono

molteplici: attuatori e sensori (spostamento#

forza# pressione)

& materiali piezoelettrici sono principalmente di ' tipi:

cristalli naturali (uarzo) e sintetici (solfato di litio# fosfato diammonio biidrogenato) ceramic$e ferroelettric$e polarizzate artificialmente (titanato di

bario)

alcune pellicole di polimeri


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Sc$ema costruttivo di un accelerometro piezoelettrico

Alla rigidezza * contribuiscono sia la rigidezza propria del materiale

piezoelettrico sia uella dell’elemento di precarico+,o smorzamento % dato solo dall’isteresi del materiale piezoelettrico

(ζ ≤ -.-1# c$e in genere % accettabile perc$ ωn % elevata).


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/recarico di un accelerometro piezoelettrico

&l materiale piezoelettrico pu0 essere sottoposto ad un

precarico opportuno per i seguenti motivi:

si cerca di far funzionare l’accelerometro in un tratto

lineare della curva carica vs. deformazione+

il precarico permette di misurare sia accelerazioni positive

sia negative senza porre in trazione il materiale piezoelettrico

e senza rinunciare al segno nel segnale d’uscita. &nfatti# il precarico induce una tensione iniziale c$e progressivamente

scompare.


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*ome viene resa disposibile l’uscita di accelerometro #ieoelettrico+

, come il valore della carica (sensibilita’% #ico-*oulomb /$) che viene poi

elaborata da una unita’ esterna di ampli!icaione della carica o attraversol’utilio di una elettronica supplementare nell’accelerometro !ornita

una uscita analo$ica in .olta$$io" (accelerometro # o *#)


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Funzione di trasferimento di un accelerometro

Alla W(s) del sistema massamollasmorzatore bisogna aggiungere

la funzione di trasferimento del trasduttore di spostamento relativoW1(s)

Spostamento relativo

tra massa sismica e base di fissaggio


W1(s) 2ensione elettrica e-

,a W1(s) dipende dal tipo di trasduttore di spostamento relativo:

/u0 essere una costante * e per molti trasduttori+

% un sistema del & ordine passa alto per i trasduttori piezoelettrici.


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Funzione di trasferimento di accelerometri piezoelettrici

2

2

2

21

1

nn

n

s s

ω ω

ζ

ω

++

Accelerazione

da misurare

Spostam.

relativo

s

s R K q

⋅+

⋅⋅

τ 12ensione e-

( ) s s

s

s R K

nn

n

q

⋅+⋅

++

⋅⋅

τ ω ω

ζ

ω

12

12

2

2Accelerazione

da misurare 2ensione e-


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3isposta in freuenza di accelerometri piezoelettrici


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he usable !requenc response is the !lat area o! the !requenc response curve

and e3tends to appro3imatel 1/4 to 5 o! the natural !requenc" he de!inition

o! !lat also needs to be quali!ied and is done so b quotin$ the roll o!! o! the

curve in either percenta$e terms (tpicall 67 or 107) or in d8 terms (tpicall

9/- 4db)


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#er ovviare al problema a basse !requene (ovvero per le$$ere

acceleraioni costanti) si possono utiliare accelerometri pieoresistivi

che utiliano un substrato pieoresistivo invece di un substrato

pieoelettrico"

n questo caso la variaione di resistena viene di solita letta in un ponte

di :hetastone"


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pieo-resistive


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19/36


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If the higher frequencies are not required to be measured

then using a low pass filter should filter them out.

S ifi $ l t t di i di t t


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Specific$e sul comportamento dinamico di uno strumento


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4sempi accelerometri

4 i l i


24/36


4 i l t i


25/36


4 i l t i


26/36



27/36

4sempi accelerometri !4!S


28/36



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31/36

5lassificazione accelerometri:

1. 2ecnologia classica: risposta costante per ω6-

5on potenziometro 5on ,782 5on estensimetri incollati 5on estensimetri non incollati 5on trasduttore capacitivo

1. 2ecnologia classica: risposta nulla per ω6- 5on trasduttori piezoelettrici

1. 2ecnologia !4!S: risposta costante per ω6- 5on trasduttore capacitivo 5on traduttore piezoresistivo


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Servoaccelerometri


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Servoaccelerometri


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StimoloStimoloAccelerometro

Sistema analizzato

Misure

1=3.52

2=22

3=61.7

n n 9

EI

l ω = α

µ


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AccelerometroMassa= ma

Massa equivalentedella mensola M’

mensola di pari ri$idit;

e lun$hea ma di massa nulla

+):2#'(

''

2

' Ml

EJ

l M

EJ ≡ M’=0,242M

+;(

2

2

==+

M

m M ama=0,87M’ =0,21M

Calcolo approssimato della discretizzazione

Massa della mensola oriinaria M

Date post:	06-Jul-2018
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