Lançado recentemente (2007), o ADIS16354 da Analog Devices (www.analog.com) consiste num sensor inercial de 3 eixos indicado para aplicações de precisão como sistemas de controle e direção, estabilização e controle de plataformas, análise de controle e movimento, navegação geral, estabilização de imagem e robótica.
Este componente consiste num sensor giroscópico inercial de três eixos. Ele combina a tecnologia MEMS da Analog Devices com um processamento misto de sinais de modo a se obter um elevado grau de integração, além de recursos de auto-calibração.
Uma interface SPI torna fácil sua interligação com outros dispositivos, como de processamento e controle além de configuração.
Na saída são obtidos sinais X, Y, Z correspondentes à posições angulares e também à acelerações. Os sensores inerciais de precisão são alinhados de acordo com os três eixos.
A saída obtida tem uma resolução de 14 bits com uma faixa passante de 350 Hz, n faixa de 1,7 g, sendo calibrado de fábrica..
A faixa de temperaturas de operação vai de -20º C a +70º C e sua precisão é mantida em toda ela. Na figura 1 temos o diagrama de blocos desse componente, cujas características podem ser baixadas diretamente a partir do site da Analog.
Outros destaques desse componente são a calibração in-system, filtragem digital e taxa de amostragem, auto-teste, controle de consumo, monitoramento de condição e entradas e saídas digitais auxiliares.
O dispositivo mede 23 x 23 x 23 mm e já vem com um conector apropriado para as aplicações comuns.
Princípio de Funcionamento
O dispositivo integra 3 sensores giroscópicos (acelerômetros) ortogonais, criando assim um sistema com seis graus de liberdade num invólucro único.
Os acelerômetros são orientados de acordo com o eixo de rotação de cada giroscópico. Assim, os seis elementos sensores são mantidos em conjunto por uma estrutura mecânica que proporciona acoplamento apropriado para a transmissão de forças e movimentos.
Os seis elementos sensores têm suas saídas ligadas a conversores analógicos para digital (ADCs) e deles os sinais são levados a um circuito especial de processamento da Analog. O circuito de processamento aplica então o sinal aos pinos I/O usando uma estrutura simples de registro e uma interface serial.
O cerne do dispositivo é baseado em sensores (giroscópios) que operam segundo o princípio da ressonância. Dois elementos sensores de polisilício contém elementos diferentes que são colocados em rotação por excitação piezoelétrica. Essa rotação ocorre na sua freqüência de ressonância.
A rotação é suficiente para que as forças de Coriolisse manifestem. Essa estrutura é móvel tendo em suas extremidades placas que permitem sensoriar o seu deslocamento capacitivamente. O resultado, é que qualquer deslocamento do eixo de rotação do sensor pode ser sensoriado capacitivamente resultando num sinal que pode ser processado pelo circuito.
Os sensores de aceleração, por outro lado, consistem em estruturas de polisilício montadas no topo de um wafer de silício. Molas de polisilício mantém a estrutura suspensa acima da superfície do wafer e ao mesmo tempo proporcionam uma resistência à aceleração.
A deflexão da estrutura é medida usando um capacitor diferencial que consiste de placas independentes fixas e centrais presas na massa que pode se mover. A aceleração movimenta o conjunto e então desequilibra o capacitor, proporcionando assim uma saída diferencial que resulta nos sinais de saída que devem ser processados.
O dispositivo vem calibrado de fábrica e tem outros circuitos importantes de processamento como os registros de controle que consistem em SRAM voláteis.
A função ADC auxiliar de 12 bits é importante para fornecer os sinais digitais de saída do sensor. O circuito equivalente dos conversores é mostrado na figura 2.
Trata-se de um conversor de aproximações sucessivas que pode ter sua ação monitorada a partir de uma saída auxiliar do dispositivo. Esse circuito tem uma faixa de atuação de 0 V a 2,5 V.
O capacitor de entrada C1 tem tipicamente 4 pF e deve-se tomar cuidado para que os sinais de entrada não saiam da faixa de -0,3 V a +3,5, V pois isso pode danificar o sensor. O valor do resistor R1 é tipicamente de 100 ? e o capacitor C2 tem um valor típico de 16 pF.
Para aplicações AC é conveniente remover as componentes de alta freqüência da entrada analógica, utilizando-se para essa finalidade um filtro passa-baixas.
Na operação básica a alimentação é feita com uma tensão única de 5 V e um cabo padronizado SPI de 4 fios é empregado para a conexão de sinais. Todas as saídas e funções programadas pelo usuário são manuseadas por um registro simples.
