( Parte da capa do "Diálogo sobre os Sistemas do Mundo", de Galileu Galilei, 1632. )

SEARA DA CIÊNCIA

Tipos mais comuns de acelerômetros

Existem vários tipos de acelerômetros, mas, vamos descrever apenas os dois mais usados: oacelerômetro de material piezoelétrico e o acelerômetro de capacitância. Ambos são analógicos,isto é, fornecem uma voltagem elétrica que é proporcional à aceleração medida.

Acelerômetro de material piezoelétrico

Na página seguinte, vamos dar algum detalhe sobre o que é um material piezoelétrico. Porenquanto, basta saber que esse tipo de material tem uma propriedade bastante conveniente:quando comprimido, gera uma voltagem elétrica. Quanto maior a compressão, maior a voltagemgerada. Essa característica pode ser usada para medir uma aceleração.

A figura ao lado ilustra de forma esquemática ofuncionamento desse tipo de acelerômetro. Uma caixametálica contém uma massa, também metálica, colocadasobre uma lâmina do material piezoelétrico. Esta, por suavez, está fixada ao fundo da caixa.

Se a caixa estiver em repouso, o material piezoelétricosuporta o peso da massa e sofre uma compressão queresulta em uma voltagem nos terminais vistos à direita (+ e-). Essa voltagem pode ser medida com um milivoltímetro.

Se a caixa for acelerada para cima, como mostra a figura, acompressão do material piezoelétrico aumenta e a voltagemde saída se eleva proporcionalmente à aceleração. Se aaceleração for para baixo, a compressão do material éaliviada e a voltagem de saída é diminuída. Desse modo,obtém-se uma voltagem nos terminais que deve serproporcional à aceleração da caixa.

Em geral, a voltagem na saída de um acelerômetro desse tipo é pequena. Mas, com asensibilidade da eletrônica atual, essas voltagens são suficientes para resultar em medidasconfiáveis da aceleração. Basta calibrar o dispositivo com cuidado - e isso já é feito pelo fabricantedo aparelho que usa o acelerômetro. Normalmente, na posição da figura A, abaixo, o acelerômetrocolocado em um aparelho em repouso indica a aceleração da gravidade (1 g). Isso indica acompressão feita pelo peso da massa sobre o material. Quando o aparelho - portanto, o

acelerômetro que está dentro dele - é girado de 90o, como na figura B, não há compressão e oacelerômetro indica 0 g. Na posição inversa, como visto na figura C, a massa alivia o material e oacelerômetro indica - 1 g.

A curva da voltagem de saída em função do ângulo que o acelerômetro faz com a horizontal pode

ser semelhante a essa da figura abaixo. Nesse exemplo, quando o acelerômetro está a 90horizontal (como em A da figura anterior), a voltagem nos terminais de saída é de +500 milivolts.Na posição inversa (como em C), ela é de -500 milivolts.

A foto ao lado mostra um acelerômetro comercial típico. Ele tempequeno tamanho e pode ser facilmente afixado a um celular, porexemplo. O preço médio de um dispositivo como esse, atualmente,está por volta de 10 reais. Se você pretende montar uma fábrica decelulares e vai comprar milhares desses acelerômetros, o preço decada um será bem menor que isso.

Usualmente, são montados três acelerômetros em um bloco único,cada um apontando para um eixo perpendicular aos outros. Esse éo acelerômetro de 3 eixos, ilustrado ao lado.

Acelerômetro de capacitância

Como aprendemos no colégio, um capacitor simples consiste de duas placas metálicas separadaspor uma pequena distância. Entre elas está o ar ou algum material isolante adequado. Colocandocargas elétricas de sinais opostos nessas placas, como na figura abaixo (na esquerda), surge umadiferença de potencial elétrico V (voltagem) entre as placas.

Se as cargas nas placas forem mantidas constantes, a voltagem nos terminais de saída varia coma distância entre as placas. Placas mais próximas resultam em voltagens menores nos terminais.

Pronto, isso pode ser usado para fazer um acelerômetro. Bastamontar um tipo de capacitor no qual a distância entre as placasdependa da aceleração do conjunto.

A figura ao lado mostra um arranjo possível de acelerômetro porcapacitância. Quando o conjunto está em repouso, a mola quesegura a placa superior está distendida e a voltagem vale V2.

Mas, se o conjunto for acelerado para cima, a mola é comprimidae as placas do capacitor se aproximam uma da outra, resultandoem uma voltagem menor V1.

De resto, esse tipo de acelerômetro equivale ao tipo anterior.Mas, em alguns casos pode ser mais conveniente para detetarvibrações rápidas.

Materiais piezoelétricos.

Usos comuns dos acelerômetros.

Um passeio sobre a noção de aceleração.