¿Cuál es la diferencia entre un acelerómetro y un sensor de inclinación?

La terminología que rodea a los sensores de inclinación puede resultar confusa, y algunas de las preguntas más habituales que escuchamos son "¿cuál es la diferencia entre un acelerómetro y un inclinómetro?" y "¿puedo utilizar un acelerómetro como sensor de inclinación?".

TLDR: Los acelerómetros se utilizan a veces para medir la inclinación, pero a menudo no son fiables (para medir la inclinación) en usos finales en los que hay vibraciones. También pueden desgastarse porque tienen piezas móviles, lo que provoca una desviación de la salida con el tiempo. Otro problema común es el sesgo de encendido, que da lugar a mediciones de inclinación de baja repetibilidad y precisión.

En este artículo le ofrecemos una explicación rápida para ayudarle a elegir el sensor adecuado para su aplicación.

¿Qué es un acelerómetro?

Los acelerómetros miden, lo has adivinado, la aceleración. Pero también se utilizan para medir las vibraciones, los choques y la inclinación. Los acelerómetros miden la inclinación observando la aceleración que experimentan a causa de la gravedad terrestre (~9,8 ^m/s2 para los que hace tiempo que no vamos a la escuela). Las mediciones más fiables se obtienen cuando el objeto al que están fijados no se mueve, por lo que los acelerómetros suelen utilizarse junto con otros sensores, como los giroscopios, para corregir estos errores.

Los acelerómetros basados en sistemas microelectromecánicos (MEMS) son los más utilizados para medir la inclinación debido a su pequeño tamaño, bajo coste y relativa facilidad de integración.

¿Qué es un inclinómetro?

Existen muchos tipos diferentes de inclinómetros (también llamados sensores de inclinación), desde sensores mecánicos de burbuja y de banco de bolas de baja precisión hasta sensores capacitivos líquidos de mayor precisión y sensores de fuerza equilibrada extremadamente sensibles. Al igual que los acelerómetros MEMS, los inclinómetros MEMS son populares por muchas de las mismas razones (pequeño tamaño, bajo coste, integración sencilla), pero como la tecnología MEMS se basa en piezas móviles, tienden a desgastarse mucho más rápido que sus homólogos electrolíticos basados en fluidos.

Los sensores de inclinación electrolíticos Fredericks son dispositivos resistivos basados en fluidos, lo que significa que el sensor proporciona una tensión de salida proporcional al ángulo de inclinación del sensor con respecto a la gravedad (en función de la posición del fluido). Un sensor de inclinación típico tiene múltiples electrodos estacionarios que se extienden en el fluido, y la posición se mide por la resistencia del fluido entre ellos.

El sensor se monta en una PCB, o placa de circuito impreso, y la salida del sensor se conecta a un ADC, o convertidor analógico a digital. La lectura del ADC es procesada por un microcontrolador y convertida en una salida fácil de usar, y todo este conjunto es lo que en Fredericks llamamos un inclinómetro.

Ventajas e inconvenientes de los acelerómetros para medir la inclinación

Las principales ventajas de utilizar acelerómetros para medir la inclinación es que son relativamente baratos, de pequeño tamaño y suelen venir empaquetados de forma práctica (piense en montaje superficial y pick-and-place), lo que los convierte en una opción atractiva para aplicaciones comerciales.

La contrapartida es que son menos precisos porque están diseñados para medir la aceleración. Para obtener la misma precisión que un sensor de inclinación electrolítico, el coste de un acelerómetro aumenta drásticamente, y sigue habiendo problemas de desviación de la salida y avería del hardware con el tiempo debido a las piezas móviles.

Comprender los distintos factores de precisión

A continuación se muestra un diagrama que representa la relación entre repetibilidad y precisión. En el diagrama verás que si algo (como un sensor de inclinación o un inclinómetro) no es repetible, tampoco puede ser preciso. Hay otros factores que influyen en la precisión, en particular la linealidad.

En los sistemas embebidos en los que se suelen utilizar sensores, es habitual que la memoria y la velocidad de procesamiento sean limitadas. Lo ideal sería disponer de un sensor con una salida lineal, lo que permitiría utilizar una conversión lineal (que requiere menos memoria y velocidad, y es la más sencilla de implementar).

En realidad, la mayoría de los sensores tienen una salida no lineal, por lo que convertirla en un valor utilizable puede resultar un poco complicado, sobre todo en un sistema integrado. Hay formas de tratar las salidas no lineales, dos de las cuales son utilizar la interpolación lineal a trozos (también llamada tabla de consulta) o la interpolación polinómica, ambas requieren bastante más memoria y velocidad.

Debido a las variaciones de un sensor a otro en su salida no lineal, a veces es necesaria una calibración individual. Ah, y no hay que olvidar la caracterización de la temperatura, el sesgo de encendido y la deriva. La conclusión es que puede ser difícil conseguir una gran precisión.

Aplicaciones en las que los sensores de inclinación electrolíticos dejan en la estacada a los acelerómetros

Para aplicaciones industriales como la nivelación de vehículos recreativos y la seguridad de vehículos de construcción, los sensores de inclinación e inclinómetros electrolíticos suelen ser una opción mucho mejor que los acelerómetros MEMS.

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