Accelerometers: versnellingen en trillingen meten

MEMS: kleine embedded systemen

Verreweg de meeste accelerometers zijn tegenwoordig echter kleine embedded systemen, of meer precies, micro-elektromechanische systemen (MEMS). Zo zit er in een airbag een kleine chip die de plotselinge negatieve versnelling bij een botsing registreert. En ook de controller van een Nintendo WII bevat een solid-state accelerometer die de bewegingen van de gamer vastlegt.

In de MEMS-categorie is er veel variatie in technologie. Piëzoresistieve accelerometers voeren de boventoon. Deze componenten zijn gebaseerd op het feit dat de weerstand van piëzokristallen verandert als er mechanische spanning op komt te staan. Door de interne structuur handig te kiezen, kun je daarmee een versnelling detecteren. Dit type sensorchips is snel en relatief goedkoop.

Capacitieve MEMS-sensor

Een andere optie is een capacitieve MEMS-sensor. Daarin zitten minuscule kammetjes die met hun tanden in elkaar steken. Dat geheel vormt een condensator waarvan de capaciteit afhankelijk is van de afstand tussen de tanden. Als de chip versnelt, beweegt de ene kam ten opzichte van de andere. De veranderende capaciteit is dus een maat voor de versnelling. Dit type accelerometers is heel gevoelig, nauwkeurig en temperatuurstabiel.

Daarnaast zijn er ook inductieve en piëzo-elektrische MEMS-accelerometers. En kun je kiezen in hoeveel dimensies je de versnelling of trilling wilt detecteren.

Schokbestendige thermische accelerometer 

Een mogelijk nadeel van alle MEMS-sensoren is dat ze een mechanisch systeem bevatten. Dat maakt dat ze bij extreem grote schokken kapot kunnen gaan. Als hoge schokbestendigheid een requirement is in jouw toepassing, is het wellicht interessant om een thermische accelerometer te overwegen. 

Zo’n component bestaat uit een koepeltje met een verwarmingselement en een temperatuursensor erin. Dat element verwarmt de vloeistof in de koepel. De thermische bel die ontstaat, fungeert als referentie. Bij een versnelling duwt de koude vloeistof met een hoger dichtheid die verwarmde bel weg. De ingebouwde sensor signaleert de temperatuursverandering die je kunt vertalen naar een versnelling.