Tutte le tipologie di accelerometro di pratico interesse hanno il principio di funzionamento riconducibile a quanto descritto nel paragrafo relativo a quelli sismici². Dei piezoelettrici, oggetto della presente tesi, si ? detto abbastanza; di seguito ? pertanto raccolta una carrellata di soluzioni alternative possibili.

Gli accelerometri propriamente detti ?meccanici? sono quelli in cui gli elementi massa e molla assumono una ben definita consistenza. Essi sono impiegati per vibrazioni che variano lentamente nel tempo e lo spostamento della massa, che assume pertanto notevoli dimensioni, ? misurato da potenziometri resistivi o da LVDT³. Il loro campo di applicazione in termini di ampiezza pu? andare da un minimo di ± 1g ad una ± 50 g; hanno una frequenza naturale che si trova tra 12 e 86 Hz con uno smorzamento ζ tra 0.5 e 0.8. Nel caso di potenziometri , la resistenza del trasduttore pu? variare tra 1000 e 10000 Ω, che corrispondono ad una risoluzione dello 0,45% o dello 0,25% dell?intera scala. La temperatura di utilizzo va dai ?65 a 165 ?F. La sensibilit? alle accelerazioni ortogonali alla direzione di misura ? pari a ± 1% della sensibilit? lungo l?asse di misura. Per misurare frequenze maggiori la soluzione migliore ? quella di impiegare degli strain-gage (a pi? grande banda passante), disposti all?incastro di elementi elastici, molto flessibili, a mensola che sorreggono la massa. Con sensori di questo tipo si possono ottenere misure molto accurate, fino a frequenze dell?ordine 15000 Hz.
Una interessante variante dell?accelerometro meccanico ? quello ?ad equilibrio di forza? (Fig. 10). Anche in questo caso ? presente una massa sensibile alle accelerazioni: il suo spostamento rispetto all?involucro ? rilevato mediante un trasduttore posizione-tensione e la tensione risultante, amplificata in un amplificatore di corrente ad elevato guadagno, alimenta un forzatore che fornisce la forza di equilibrio alla forza d?inerzia. Se la massa ? un magnete permanente il forzatore pu? essere costituito da una bobina, per cui si ha, con ottima approssimazione, un legame lineare tra corrente e forza.Figura 10: accelerometri ad equilibrio di forza.
La corrente ? proporzionale alla forza di inerzia e quindi all?accelerazione da misurare, il cui valore ? determinato mediante la caduta di tensione ai capi di una resistenza nota. Sul principio di funzionamento degli accelerometri ad equilibrio di forza si realizzano anche sensori che oltre all?accelerazione misurano la sua variazione rispetto al tempo e vengono chiamati jerkmetri. Vengono realizzati includendo nel trasduttore di base un circuito integratore, infatti mentre la tensione ai capi della resistenza di misura ? proporzionale all?accelerazione, quella prelevata prima dell?integratore ? proporzionale alla sua derivata.

Negli accelerometri capacitivi (Fig. 11) l?elemento sensibile ? un condensatore la cui capacit? varia al variare dell?accelerazione. In particolare esso consiste in un diaframma che sotto l?azione di accelerazioni o vibrazioni ha la possibilit? di flettersi, svolgendo il ruolo che nei trasduttori meccanici era della massa. Al di sopra ed al di sotto di questo diaframma ci sono delle piastre a formare in questo modo due condensatori affiancati che hanno due armature fisse ed una in comune in grado di compiere piccoli spostamenti. In presenza di una accelerazione il diaframma si deforma, alterando la distanza dalle altre due armature e quindi fa variare le capacit? dei due condensatori. In questo modo un circuito a ponte sensibile a queste variazioni di energia del sistema fornisce in uscita un segnale elettrico proporzionale all?accelerazione in ingresso. Figura 11: accelerometro capacitivo.
Con questo tipo di sensore ? possibile misurare anche accelerazione uniforme, infatti quando il diaframma raggiunge la sua posizione di equilibrio sotto la sua azione ho che anche la capacit? del sistema si manterr? ad un valore costante ad essa proporzionale.

Note:

(2) L?accelerometro ? uno strumento del secondo ordine in quanto possiede due distinti elementi (massa e molla) in cui ? possibile l?immagazzinamento dell?energia in modo diverso. L?equazione differenziale che ne governa il funzionamento ? pertanto una equazione del secondo ordine.

(3) Acronimo per Linear Voltage Differential Transformer