Conceptualisation of CSR

El modelo TAA de CORRSYS-DATRON provee una completa solución de medición de baja-g en un simple paquete compacto.

Utiliza una estructura micro maquinada de medición hecha de silicón, El modelo TAA es lo suficientemente robusto para aguantar los ambientes rudos de la industria y automovilísticos. La señal de medición del TAA es generada debido a la propiedad del cambio de capacitancia de la estructura, causado por el cambio de velocidad y por ende de aceleración y es convertido a una señal eléctrica que es amplificada, filtrada y compensada en voltaje resultando en una alta exactitud y linealidad de la medición. [12]

Características

• Medición integrada de 3 ejes. • Rango dinámico de +/- 3g • Señal interna AC o DC

• Respuesta a la frecuencia a 4000 Hz • +5V de voltaje simple de suministro • Rango de temperatura de -40°C a 85°C

Aplicaciones

• Sensado de posición y movimiento • Sensado de inclinación

• Análisis de vibración

• Análisis de transportación y envío • Sensado de choque

• Suspensión activa • Microposicionado • Análisis médico

• Corrección de ondas de sonido activas • Medidas sísmicas

El proveedor de dicho sensor se expone a continuación:

Corrsys Datron sensorsystems, Inc. E-mai: [email protected] 2.1.2 Giroscopio

La velocidad angular ω (también conocida como frecuencia angular) es una medida de la velocidad de rotación.

Para medir la velocidad angular lo que se utiliza un sensor que es conocido como giroscopio, el cual es un dispositivo mecánico que muestra el principio de conservación del momento angular. El surgimiento del giroscopio es al inicio del siglo XX y cada día va mejorando su funcionamiento, a continuación se presenta una foto acerca de la historia del uso del giroscopio. [5]

Además del acelerómetro de 3 ejes se necesitó giroscopios en cada uno de los ejes del centro de gravedad del carro, para poder medir sus respectivas velocidades angulares, con el objetivo de obtener indicadores de maniobrabilidad debido a éstas. A continuación se explica el funcionamiento del giroscopio. [5]

Diseño y Operativa

Giroscopios de Orientación En un giroscopio simple un rotor que gira rápidamente sobre un eje, se soporta sobre una estructura (anillos) rotatoria a su vez y que se soporta mediante unos cojinetes a la caja del transductor. El eje alrededor del cual la estructura (eje de los anillos) puede girar libremente es perpendicular al eje alrededor del cual gira el rotor (eje del rotor). Como la posición espacial del eje del rotor permanece fija cuando el rotor gira, un cambio de orientación de la caja (desplazamiento angular alrededor del eje de la estructura de anillos) implica un desplazamiento angular entre el eje de la estructura de anillos y la propia caja. Este desplazamiento puede ser transducido por un elemento transductor de desplazamiento angular (por ejemplo, un elemento potenciométrico con el brazo palanca acoplado al eje de la estructura). El momento angular del rotor del giroscopio es la característica esencial de la estabilidad de un giroscopio. Contra mayor sea el momento angular mayor es la fuerza requerida para cambiar de orientación al eje del rotor. El momento angular (H) es el producto de la velocidad angular del rotor (w) y el momento de inercia del rotor (Ir). [5]

H = wIr

Estas magnitudes son magnitudes vectoriales, es decir, que están formadas por una magnitud y una dirección. Esta relación expresa diversos criterios básicos de diseño de los giroscopios. Como lo que se desea es un momento angular elevado, la velocidad de giro del rotor debe ser elevada y el momento de inercia también. Estas características deben ser escogidas tras tener en consideración la masa del giroscopio, las dimensiones y los requerimientos energéticos del motor de giro del rotor. El momento de inercia para un cilindro hueco es aproximadamente el doble que el de un cilindro macizo a igualdad de masa y diámetro. Así, muchos diseños de giroscopios emplean un rotor en forma de rueda con un grueso borde y una ligera trama interna con el fin de acercarse a un cilindro hueco. [5]

Cuando se aplica un par alrededor de cualquier eje diferente al de giro del rotor, el eje de giro del rotor gira alrededor de un eje que es perpendicular al eje alrededor del cual se ha aplicado el par y al eje de giro. Si, por ejemplo, se aplicara un par en el eje perpendicular al eje del rotor y al eje de la estructura del giroscopio el rotor tendería a equilibrar este par mediante una flexión angular alrededor del eje de la estructura de anillos. La rotación del eje de giro del rotor producida por un par se denomina precesión. La velocidad de precesión es constante cuando el par aplicado se mantiene constante. El mecanismo girara alrededor del eje de aplicación del par, únicamente cuando el rotor no tenga libertad de realizar presesiones. Cuando aparecen presesiones del eje de giro respecto de su orientación original debido a pares no deseados se dice que el giroscopio presenta derivas. Estos pares pueden estar motivados por numerosas fuentes de deriva inherentes al diseño y construcción del giroscopio como las fricciones en los soportes de la estructura, la masa del rotor no equilibrada, el desequilibrio en el montaje de la estructura, las fuerzas ejercidas por mandos eléctricos y las fricciones dentro del propio transductor. También pueden ser causados por interacciones magnéticas y por condiciones ambientales externas. [5]

En muchas aplicaciones se utilizan giroscopios de dos grados de libertad; en estos giroscopios el eje del rotor es capaz de orientarse en cualquier dirección. Esto se consigue añadiendo una segunda estructura de anillos que soporte a la estructura primaria (que soporta a su vez al rotor). La estructura primaria o interna y la estructura externa tienen los ejes ortogonales. Se coloca un elemento transductor en los soportes de las estructuras interna y externa. Las salidas de los dos elementos de transducción (captadores) representan orientaciones en cualquier par de los tres pianos del vehiculo (elevación, orientación y giro). [5]

En diseños sencillos de giroscopios pueden usarse transductores potenciométricos y de reluctancia. En diseños más avanzados se utilizan transductores capacitivos y fotoeléctricos para detectar de manera precisa la deflexión del eje de rotación. Muchos giroscopios están provistos de un dispositivo que permite colocar inicialmente la estructura en una posición de referencia especificada. A este proceso se le denomina enjaulado y al dispositivo se le denomina mecanismo de enjaulado. Tras que el rotor gira a una velocidad adecuada alrededor de su eje, el giroscopio se desenjaula por medio de un solenoide. El enjaulado no debe confundirse con el trabajo de la estructura condición que acontece cuando la estructura interna se alinea con la estructura externa ocasionando una perdida de la referencia inercial. La referencia puede restablecerse enjaulando el giroscopio, reposicionando el eje de giro en el eje de referencia deseado y desenjaulado finalmente. [5]

Para el accionamiento del rotor se utilizan tanto motores c.c. como motores c.a. En algunos diseños caracterizados por un tiempo de operación bajo (ej. en los cohetes) se usa gas caliente, proveniente de una carga de pirotecnia, en colaboración con una pequeña turbina para proveer al giroscopio del giro adecuado. Los motores sincronos o de inducción de c.a. tienden a producir pequeñas derivas en los giroscopios.

Una amplia variedad de medios se utilizan para reducir derivas. El conjunto rotor, dentro de un compartimiento hermético, flota en liquido viscoso, para dar una sustentación neutra (giroscopios/flotantes). Esta técnica elimina problemas de suspensión mecánica y reduce la fricción en los soportes. En los giroscopios soportados por gas, se usa gas presurizado como fluido de flotación. Cuando el rotor del giroscopio se suspende de manera libre (sin soportes) todas las fuerzas actuantes por la sustentación están minimizadas y el tiempo de giro autónomo del rotor es muy largo. En los giroscopios electroestáticos esto se consigue suspendiendo el rotor esférico en un sistema de suspensión electrostática. En los giroscopios criogénicos se mantiene en giro un rotor esférico de un material que es superconductor a las temperaturas del helio líquido. El rotor se mantiene suspendido libremente dentro de un sistema con un campo magnético por la interacción entre este campo y el campo magnético debido al flujo de corrientes en el superconductor. El giroscopio de rotor sintonizado consiste en tres estructuras anulares concéntricas entre si y con el eje de giro del rotor. La estructura mas externa es el rotor, esta se soporta sobre las dos estructuras internas, los aros, mediante flexores. El sistema se diseña de manera que la frecuencia de resonancia de los flexores esta sintonizada con la frecuencia rotacional del rotor. En estas condiciones, el par impuesto por los flexores (que hacen de soportes) es despreciable y su deriva mínima. Este tipo de unidades es relativamente sencillo de construir. El motor (sincrono c.a.) puede ser externo al conjunto. Este último normalmente está sostenido con argón

generadores de par, dispositivos similares a solenoides de giro, que pueden aplicar de manera controlada un determinado par a un aro de la estructura. Estos generadores se utilizan para corregir las derivas debidas a fuentes conocidas. También se puede estructurar con estos generadores un control en bucle cerrado alimentando con una señal de error, debida a las derivas, a un servo amplificador que alimenta al generador de par. Se han diseñado versiones especiales de giroscopios con dos grados de libertad para aplicaciones de vehículos espaciales. El giroscopio vertical es un sensor de orientación de la elevación y giro. Un sistema rígido con dos ejes mantiene el eje de giro del rotor en una posición vertical (referencia gravitacional) de manera que ambos anillos se encuentran en planos paralelos a la superficie de tierra. El giroscopio direccional es un transductor de orientación como eje especifico. El eje de giro del rotor se mantiene en posición horizontal (paralela a la superficie de la tierra). El giroscopio se instala en el vehiculo de manera que el anillo exterior es paralelo al eje de orientación. La dirección del eje de giro (dentro del piano horizontal) se establece mediante enjaulado. La dirección del eje de giro puede también referenciarse a la orientación del campo magnético terrestre, actuando como seguidor de una brújula mediante un sistema de sincro-transmisión. El giroscopio direccional puede operar como giroscopio brújula. [5] Por lo anterior se ha seleccionado un giroscopio para cada eje del vehículo, esto también considerando el costo de los componentes como ventaja competitiva.

Giroscopio 1 eje CRS03-01