Sensori MEMS

Cosa sono i microsistemi elettromeccanici e come funzionano gli accelerometri MEMS nella misura delle vibrazioni

I sensori MEMS, dall'inglese Micro Electro-Mechanical Systems, sono microsistemi elettromeccanici in cui la parte meccanica e quella elettronica sono integrate su scala microscopica in un unico componente. Questa tecnologia ha permesso di realizzare sensori di dimensioni molto ridotte, robusti ed economici, impiegati oggi in numerosi ambiti della misura. Nel campo delle vibrazioni, l'accelerometro MEMS sfrutta un elemento capacitivo miniaturizzato per misurare l'accelerazione, con una caratteristica distintiva: la capacità di rilevare anche l'accelerazione statica e i fenomeni a bassissima frequenza, fino alla continua.

Sensore MEMS per la misura delle vibrazioni

A cosa servono i sensori MEMS

I sensori MEMS integrano su un unico chip di silicio una parte meccanica sensibile e l'elettronica di condizionamento, ottenendo dispositivi compatti, robusti e ripetibili. La stessa tecnologia di base permette di realizzare sensori per grandezze fisiche diverse: oltre all'accelerazione, si misurano inclinazione, velocità angolare e pressione. Nella strumentazione di misura industriale i MEMS sono impiegati soprattutto dove servono sensori di piccole dimensioni, distribuiti su molti punti o integrati in sistemi compatti: prove di vibrazione, misure di inclinazione, monitoraggio strutturale e test in ambito automotive e aerospaziale.

Come funziona un accelerometro MEMS

Un accelerometro MEMS misura l'accelerazione attraverso una microstruttura mobile, realizzata con tecniche di micro-lavorazione del silicio, che si sposta rispetto a elettrodi fissi. Lo spostamento della massa mobile varia la capacità elettrica del sistema, e questa variazione viene convertita in un segnale proporzionale all'accelerazione. A differenza della tecnologia piezoelettrica, il principio capacitivo risponde anche a frequenza nulla, permettendo di misurare accelerazioni costanti, inclinazioni e movimenti molto lenti.

Accelerometro MEMS triassiale per misure a bassa frequenza

Caratteristiche e vantaggi della tecnologia MEMS

Il principale vantaggio della tecnologia MEMS è la combinazione di dimensioni ridotte, basso costo e buona robustezza meccanica, resa possibile dalla micro-lavorazione del silicio e dall'integrazione dell'elettronica nello stesso componente. A questo si aggiunge la caratteristica distintiva del principio capacitivo: la risposta in continua, che consente di misurare anche accelerazioni costanti e fenomeni a bassissima frequenza. La compattezza e il costo contenuto rendono i MEMS adatti anche alle applicazioni con molti punti di misura, dove sensori più grandi o costosi non sarebbero praticabili.

Quando si utilizza un accelerometro MEMS

L'accelerometro MEMS è la scelta indicata quando occorre misurare accelerazioni a bassissima frequenza, inclinazioni o movimenti lenti, oppure quando dimensioni e costo sono vincoli rilevanti. Trova impiego nelle simulazioni di trasporto, nei test sulla qualità della guida, nelle misure cinematiche e nelle applicazioni che richiedono la risposta in continua. Per i fenomeni rapidi e ad ampia banda di frequenza resta invece più indicata la tecnologia piezoelettrica. La scelta tra le due dipende dal tipo di fenomeno da misurare e dalla banda di frequenza di interesse.

Microstruttura di un sensore MEMS per la misura dell'accelerazione

La scelta della tecnologia MEMS più adatta dipende dalla grandezza da misurare, dalla banda di frequenza e dai vincoli di dimensione e costo. I nostri ingegneri ti affiancano nell'individuare il sensore giusto per la tua applicazione, dalla misura delle vibrazioni al monitoraggio dell'inclinazione.

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FAQ

Cosa significa l'acronimo MEMS?

L'acronimo MEMS deriva dall'inglese Micro Electro-Mechanical Systems, ovvero microsistemi elettromeccanici. Indica componenti in cui la parte meccanica e quella elettronica sono integrate su scala microscopica in un unico dispositivo, realizzato con tecniche di micro-lavorazione del silicio. Nel campo della misura delle vibrazioni, questa tecnologia è alla base degli accelerometri MEMS, sensori compatti e robusti.

Un accelerometro MEMS misura l'accelerazione statica?

Sì, un accelerometro MEMS misura anche l'accelerazione statica, cioè a frequenza nulla. Grazie al principio capacitivo, rileva accelerazioni costanti, inclinazioni e movimenti molto lenti, a differenza della tecnologia piezoelettrica che risponde solo ai fenomeni dinamici. Questa caratteristica rende il MEMS adatto alle misure cinematiche e di posizione, oltre che alla misura delle vibrazioni a bassa frequenza.

Quando conviene scegliere un accelerometro MEMS?

Conviene scegliere un accelerometro MEMS quando occorre misurare accelerazioni a bassissima frequenza, inclinazioni o movimenti lenti, oppure quando dimensioni, peso e costo sono vincoli rilevanti. È indicato anche nelle applicazioni distribuite su molti punti di misura. Per i fenomeni rapidi e ad ampia banda di frequenza resta invece più adatta la tecnologia piezoelettrica.

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