Sistemi di misurazione dell’accelerazione

Il progresso scientifico migliora la nostra vita ma non sempre ne siamo consapevoli. Dietro agli oggetti, gli strumenti, i dispositivi che utilizziamo, si cela un lavoro di ricerca incessante che è per lo più ignoto ai non addetti ai lavori.

Un’automobile, ad esempio, è costituita da componenti e meccanismi che passano totalmente inosservati a chi la guida. Lo stesso vale per un aereo, un treno, una lavastoviglie, uno smartphone e altro ancora.

Tra i componenti misteriosi dei dispositivi di uso quotidiano vi sono i cosiddetti accelerometri, la cui funzione è importante e in alcuni casi necessaria.

Definizione e funzione

L’accelerometro è un sensore, non di tipo ottico, che misura e analizza l’accelerazione, la vibrazione o l’oscillazione che si verifica su edifici, oggetti, impianti, macchine, macchinari e dispositivi di varia natura.

La sua funzione è quella di misurare lo spostamento dell’oggetto rispetto alla sua collocazione fissa dando nota di alcuni dettagli come la direzione, il moto, la posizione, ecc. Questa misurazione non è solo un’operazione di controllo (ad esempio, per verificare la vita di macchinari industriali), ma anche una caratteristica di funzionamento di alcuni oggetti (si pensi alla capacità dello smartphone di orientare la verticalità o l’orizzontalità delle immagini a seconda di come viene fatto ruotare).

Applicazioni

L’accelerometro è utilizzato in diversi settori. È utile, ad esempio, per monitorare gli eventi sismici, per attivare gli airbag nelle automobili, per proteggere gli hard disk dei computer da eventuali cadute, per calcolare la frequenza cardiaca durante gli allenamenti sportivi, ecc.

Per funzionare, l’accelerometro deve essere posizionato sull’oggetto o, nel caso dei dispositivi digitali (come lo smartphone), può essere già un’applicazione interna. Il sensore capta lo spostamento e un trasduttore trasforma l’impulso meccanico in un impulso elettronico da visualizzare e leggere. L’accelerazione viene misurata lungo uno, due o tutti e tre gli assi dello spazio (ovvero, asse X anteriore o posteriore; asse Y sinistro o destro; asse Z inferiore o superiore).

Negli ultimi anni le applicazioni dell’accelerometro sono aumentate enormemente. In un articolo pubblicato sulla rivista “Tutto misure” intitolato “La storia degli accelerometri”, Aldo Romanelli – fondatore di www.dspmindustria.it (https://www.dspmindustria.it) azienda specializzata in sensori, trasduttori e sistemi di misura – ha scritto che tale crescita è dovuta “alla progressiva frammentazione tecnologica” e a nuove richieste del mercato che includono, oltre ai settori industriali e aerospaziali, anche quelli più inerenti alle esigenze dei comuni consumatori.

Tipologie

Il moltiplicarsi degli utilizzi ha spinto i produttori a impegnarsi nella ricerca e innovazione di sensori e di trasduttori dando vita a diverse tipologie di accelerometri nel rispetto di certificazioni e standard internazionali. È proprio il caso di DSPM Industria fondata da Romanelli nel 1984.

Come dimostra il catalogo sul sito www.dspmindustria.it, le principali configurazioni prodotte sono asservita, estensimetrica, piezoelettrica, piezoresistiva, semiconduttore. La misurazione di uno o tre assi attribuisce all’accelerometro la denominazione di monoassiale, biassiale o triassiale.
Gli accelerometri più innovativi possono essere dotati di memoria di archiviazione e funzionare tramite un software. Alcuni sono dotati di tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), cioè sono molto rimpiccioliti al pari dei componenti dei circuiti elettronici.

L’accelerometro estensimetrico funziona come un estensimetro elettrico a resistenza, ovvero una sorta di griglia metallica che varia ogni qualvolta si verificano gli spostamenti dell’oggetto a cui è attaccata. Le variazioni della griglia vengono misurate da un dispositivo elettrico detto ponte di Wheatstone.

Gli accelerometri piezoelettrici sfruttano la cosiddetta elettricità dalla pressione, ovvero la forza generata dall’accelerazione va a comprimere il cristallo piezoelettrico che a sua volta genera una tensione elettrica proporzionale all’accelerazione stessa.

Gli accelerometri piezoresistivi sfruttano la cosiddetta resistenza dalla pressione, ovvero la forza generata dall’accelerazione va a comprimere l’elemento piezoresistivo che a sua volta genera un aumento della resistenza elettrica proporzionale all’accelerazione stessa.

Quelli capacitivi sono i più comuni, i più piccoli e i più economici (si trovano, ad esempio, negli airbag e nei dispositivi mobili).

L’accelerometro a semiconduttore è leggero, sensibile, miniaturizzato e particolarmente indicato per misurare l’accelerazione con elevata dinamica.

I servoaccelerometri sono noti anche come accelerometri a bilanciamento e funzionano come il galvanometro d’Arsonval. Sono usati in applicazioni inerziali, industriali e di difesa.

Probabilmente, ora che conosciamo gli accelerometri, guarderemo gli oggetti che ci circondano sotto un’altra luce.