Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Acelerómetro

Un acelerómetro típico Un acelerómetro es un dispositivo que mide la aceleración propia de un objeto. [ 1 ] La aceleración propia es la aceleración (la tasa de cambio de la velo...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Un acelerómetro típico

Un acelerómetro es un dispositivo que mide la aceleración propia de un objeto. [ 1 ] La aceleración propia es la aceleración (la tasa de cambio de la velocidad ) del objeto con respecto a un observador que está en caída libre (es decir, con respecto a un marco de referencia inercial ). [ 2 ] La aceleración propia es diferente de la aceleración de coordenadas, que es la aceleración con respecto a un sistema de coordenadas dado , que puede o no estar acelerando. Por ejemplo, un acelerómetro en reposo en la superficie de la Tierra medirá una aceleración debida a la gravedad terrestre directamente hacia arriba [ 3 ] de aproximadamente g ≈ 9,81 m/s² . Por el contrario, un acelerómetro que está en caída libre medirá una aceleración de cero. 

Los acelerómetros de alta sensibilidad se utilizan en sistemas de navegación inercial para aeronaves y misiles. En vehículos aéreos no tripulados , los acelerómetros ayudan a estabilizar el vuelo. Los acelerómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos inteligentes , cámaras y controladores de videojuegos para detectar el movimiento y la orientación de estos dispositivos. Las vibraciones en la maquinaria industrial se monitorizan mediante acelerómetros. Los sismómetros son acelerómetros sensibles que se utilizan para monitorizar movimientos del terreno, como los terremotos.

Cuando dos o más acelerómetros se coordinan entre sí, pueden medir las diferencias en la aceleración propia, en particular la gravedad, a lo largo de su separación espacial; es decir, el gradiente del campo gravitatorio . La gradiometría gravitatoria es útil porque la gravedad absoluta es un efecto débil y depende de la densidad local de la Tierra, que es bastante variable.

Un acelerómetro de un solo eje mide la aceleración a lo largo de un eje específico. Un acelerómetro multieje detecta tanto la magnitud como la dirección de la aceleración propia, como una magnitud vectorial , y generalmente se implementa mediante varios acelerómetros de un solo eje orientados a lo largo de diferentes ejes.

Principios físicos

Un acelerómetro mide la aceleración propia , que es la aceleración que experimenta en relación con la caída libre y es la aceleración que sienten las personas y los objetos. [ 2 ] Dicho de otro modo, en cualquier punto del espacio-tiempo el principio de equivalencia garantiza la existencia de un marco inercial local , y un acelerómetro mide la aceleración en relación con ese marco. [ 4 ] Estas aceleraciones se denominan comúnmente fuerza g ; es decir, en comparación con la gravedad estándar .

Un acelerómetro en reposo con respecto a la superficie terrestre indicará aproximadamente 1 g hacia arriba, ya que la superficie terrestre ejerce una fuerza normal hacia arriba con respecto al sistema de referencia inercial local (el sistema de referencia de un objeto en caída libre cerca de la superficie). Para obtener la aceleración debida al movimiento con respecto a la Tierra, se debe restar esta "desviación gravitatoria" y corregir los efectos causados ​​por la rotación de la Tierra con respecto al sistema de referencia inercial.

La razón de la aparición de un desplazamiento gravitacional es el principio de equivalencia de Einstein , [ 5 ] que establece que los efectos de la gravedad sobre un objeto son indistinguibles de la aceleración. Cuando se mantiene fijo en un campo gravitacional, por ejemplo, aplicando una fuerza de reacción del suelo o un empuje ascendente equivalente, el sistema de referencia de un acelerómetro (su propia carcasa) acelera hacia arriba con respecto a un sistema de referencia en caída libre. Los efectos de esta aceleración son indistinguibles de cualquier otra aceleración experimentada por el instrumento, de modo que un acelerómetro no puede detectar la diferencia entre estar sentado en un cohete en la plataforma de lanzamiento y estar en el mismo cohete en el espacio profundo mientras usa sus motores para acelerar a 1 g. Por razones similares, un acelerómetro marcará cero durante cualquier tipo de caída libre . Esto incluye su uso en una nave espacial en vuelo inercial en el espacio profundo lejos de cualquier masa, una nave espacial orbitando la Tierra, un avión en un arco parabólico de "gravedad cero" o cualquier caída libre en el vacío. Otro ejemplo es la caída libre a una altitud suficientemente alta como para que los efectos atmosféricos puedan despreciarse. 

Sin embargo, esto no incluye una caída (no libre) en la que la resistencia del aire produce fuerzas de arrastre que reducen la aceleración hasta alcanzar una velocidad terminal constante . A la velocidad terminal, el acelerómetro indicará una aceleración de 1 g hacia arriba. Por la misma razón, un paracaidista , al alcanzar la velocidad terminal, no siente que esté en "caída libre", sino que experimenta una sensación similar a la de estar sostenido (a 1 g) sobre una "lecha" de aire ascendente.

La aceleración se cuantifica en la unidad del SI metros por segundo por segundo (m/s² ) , en la unidad cgs gal (Gal), o popularmente en términos de gravedad estándar ( g ).

Para la finalidad práctica de determinar la aceleración de los objetos con respecto a la Tierra, como por ejemplo en un sistema de navegación inercial , es necesario conocer la gravedad local. Esta información puede obtenerse calibrando el dispositivo en reposo [ 6 ] o a partir de un modelo conocido de gravedad en la posición aproximada actual.

Estructura

Una manzana suspendida en un ascensor que sube. Se mueve hacia abajo durante la aceleración inicial y hacia arriba durante la desaceleración (para detenerse).

Un acelerómetro mecánico básico consiste en una masa de prueba amortiguada unida a un resorte . Cuando el acelerómetro experimenta una aceleración, la tercera ley de Newton provoca que la compresión (o extensión) del resorte se ajuste para ejercer una fuerza equivalente sobre la masa y contrarrestar la aceleración. Dado que la fuerza del resorte varía linealmente con el cambio de longitud (según la ley de Hooke ) y que la constante elástica y la masa son constantes conocidas, la medición de la compresión (o extensión) del resorte también equivale a la medición de la aceleración. El sistema está amortiguado para evitar que las oscilaciones de la masa y el resorte interfieran con las mediciones. Sin embargo, esta amortiguación provoca que los acelerómetros presenten una respuesta en frecuencia .

Muchos animales poseen órganos sensoriales para detectar la aceleración, especialmente la gravedad. En estos, la masa de prueba suele ser uno o más cristales de carbonato de calcio, otolitos (del latín "piedra del oído") o estatoconias , que actúan contra una red de pelos conectados a neuronas. Los pelos forman los resortes, y las neuronas, los sensores. La amortiguación suele producirse mediante un fluido. Muchos vertebrados, incluidos los humanos, poseen estas estructuras en sus oídos internos. La mayoría de los invertebrados tienen órganos similares, pero no forman parte de sus órganos auditivos. Estos se denominan estatocistos .

Los acelerómetros mecánicos suelen diseñarse de forma que un circuito electrónico detecte un pequeño movimiento y, a continuación, empuje la masa de prueba con algún tipo de motor lineal para evitar que se desplace demasiado. El motor puede ser un electroimán o, en acelerómetros muy pequeños, un motor electrostático . Dado que el comportamiento electrónico del circuito se puede diseñar con precisión y la masa de prueba no se mueve mucho, estos diseños pueden ser muy estables (es decir, no oscilan ), muy lineales y con una respuesta en frecuencia controlada. (Esto se denomina diseño en modo servo ).

En los acelerómetros mecánicos, la medición suele ser eléctrica, piezoeléctrica , piezorresistiva o capacitiva . Los acelerómetros piezoeléctricos utilizan sensores piezocerámicos (por ejemplo, titanato de zirconato de plomo ) o monocristales (por ejemplo, cuarzo , turmalina ). Son inigualables en mediciones de alta frecuencia, bajo peso y resistencia a altas temperaturas. Los acelerómetros piezorresistivos resisten mejor los impactos (aceleraciones muy altas). Los acelerómetros capacitivos suelen utilizar un elemento sensor de silicio micromecanizado. Miden bien las bajas frecuencias.

Los acelerómetros mecánicos modernos suelen ser pequeños sistemas microelectromecánicos ( MEMS ) y, a menudo, dispositivos MEMS muy sencillos, que consisten en poco más que una viga en voladizo con una masa de prueba (también conocida como masa sísmica ). La amortiguación se produce por el gas residual sellado en el dispositivo. Siempre que el factor Q no sea demasiado bajo, la amortiguación no reduce la sensibilidad.

Bajo la influencia de aceleraciones externas, la masa de prueba se desvía de su posición neutra. Esta desviación se mide de forma analógica o digital. Lo más común es medir la capacitancia entre un conjunto de vigas fijas y otro conjunto de vigas unidas a la masa de prueba. Este método es sencillo, fiable y económico. Integrar piezorresistores en los resortes para detectar su deformación y, por lo tanto, su desviación, es una buena alternativa, aunque requiere algunos pasos adicionales durante la fabricación. Para sensibilidades muy altas, también se utiliza el efecto túnel cuántico ; esto requiere un proceso específico, lo que lo hace muy costoso. Se ha demostrado la medición óptica en dispositivos de laboratorio.

Another MEMS-based accelerometer is a thermal (or convective) accelerometer.[7] It contains a small heater in a very small dome. This heats the air or other fluid inside the dome. The thermal bubble acts as the proof mass. An accompanying temperature sensor (like a thermistor; or thermopile) in the dome measures the temperature in one location of the dome. This measures the location of the heated bubble within the dome. When the dome is accelerated, the colder, higher density fluid pushes the heated bubble. The measured temperature changes. The temperature measurement is interpreted as acceleration. The fluid provides the damping. Gravity acting on the fluid provides the spring. Since the proof mass is very lightweight gas, and not held by a beam or lever, thermal accelerometers can survive high shocks. Another variation uses a wire to both heat the gas and detect the change in temperature. The change of temperature changes the resistance of the wire. A two dimensional accelerometer can be economically constructed with one dome, one bubble and two measurement devices.

Most micromechanical accelerometers operate in-plane, that is, they are designed to be sensitive only to a direction in the plane of the die. By integrating two devices perpendicularly on a single die a two-axis accelerometer can be made. By adding another out-of-plane device, three axes can be measured. Such a combination may have much lower misalignment error than three discrete models combined after packaging.

Micromechanical accelerometers are available in a wide variety of measuring ranges, reaching up to thousands of g's. The designer must compromise between sensitivity and the maximum acceleration that can be measured.

Applications

Engineering

Accelerometers can be used to measure vehicle acceleration. Accelerometers can be used to measure vibration on cars, machines, buildings, process control systems and safety installations. They can also be used to measure seismic activity, inclination, machine vibration, dynamic distance and speed with or without the influence of gravity. Applications for accelerometers that measure gravity, wherein an accelerometer is specifically configured for use in gravimetry, are called gravimeters.

Biology

Los acelerómetros también se utilizan cada vez más en las ciencias biológicas. Las grabaciones de alta frecuencia de aceleración biaxial [ 8 ] o triaxial [ 9 ] permiten discriminar patrones de comportamiento cuando los animales están fuera de la vista. Además, las grabaciones de aceleración permiten a los investigadores cuantificar la tasa a la que un animal gasta energía en la naturaleza, ya sea mediante la determinación de la frecuencia de aleteo de las extremidades [ 10 ] o medidas como la aceleración dinámica corporal general [ 11 ]. Estos enfoques han sido adoptados principalmente por científicos marinos debido a la imposibilidad de estudiar animales en la naturaleza mediante observaciones visuales; sin embargo, un número creciente de biólogos terrestres está adoptando enfoques similares. Por ejemplo, se han utilizado acelerómetros para estudiar el gasto energético de vuelo del halcón de Harris ( Parabuteo unicinctus ). [ 12 ] Los investigadores también están utilizando acelerómetros de teléfonos inteligentes para recopilar y extraer descriptores mecanobiológicos del ejercicio de resistencia. [ 13 ] Cada vez más, los investigadores están utilizando acelerómetros con tecnología adicional, como cámaras o micrófonos, para comprender mejor el comportamiento animal en la naturaleza (por ejemplo, el comportamiento de caza del lince canadiense [ 14 ] ).

Industria

Los acelerómetros también se utilizan para el monitoreo del estado de la maquinaria, registrando la vibración y sus cambios en el tiempo de los ejes en los cojinetes de equipos rotativos como turbinas, bombas , [ 15 ] ventiladores, [ 16 ] rodillos, [ 17 ] compresores , [ 18 ] [ 19 ] o fallas en los cojinetes [ 20 ] que, si no se atienden con prontitud, pueden generar reparaciones costosas. Los datos de vibración del acelerómetro permiten al usuario monitorear las máquinas y detectar estas fallas antes de que el equipo rotativo falle por completo.

Monitoreo de edificios y estructuras

Los acelerómetros se utilizan ampliamente en el monitoreo de la salud estructural (SHM) de edificios, puentes y otras infraestructuras civiles para registrar la respuesta dinámica bajo cargas ambientales y forzadas (por ejemplo, viento, tráfico, maquinaria y terremotos). A partir de estos registros de vibración, los ingenieros estiman las propiedades modales (frecuencias naturales, coeficientes de amortiguamiento y modos de vibración), a menudo utilizando técnicas de análisis modal operacional (OMA) para estructuras en servicio. Estos parámetros se analizan a lo largo del tiempo para la evaluación del estado y la actualización del modelo. [ 21 ]

En regiones sísmicas, los conjuntos de acelerómetros instalados en edificios y otras estructuras proporcionan datos de movimientos sísmicos intensos para evaluaciones rápidas posteriores a eventos y estudios de desempeño a largo plazo. En Estados Unidos, el Proyecto Nacional de Movimientos Sísmicos Intensos (NSMP) del Servicio Geológico de Estados Unidos opera conjuntos estructurales y distribuye registros de edificios y estructuras a través del Centro de Datos de Movimientos Sísmicos Intensos para Ingeniería (CESMD). [ 22 ] [ 23 ]

Las prácticas de instrumentación y calidad de datos para la medición de vibraciones en edificios se rigen por normas internacionales. La norma ISO 4866 establece los principios para medir la vibración de estructuras fijas y evaluar los efectos de la vibración en función de la respuesta estructural, mientras que la norma ISO 10137 ofrece recomendaciones sobre la funcionalidad de edificios y pasarelas en relación con la percepción humana, el contenido y la propia estructura. [ 24 ] [ 25 ]

La elección de la tecnología del acelerómetro depende del rango de frecuencia y la amplitud. Los acelerómetros piezoeléctricos son comunes para mediciones de alta frecuencia y amplitud, mientras que los acelerómetros MEMS de bajo ruido se han vuelto atractivos para el monitoreo de edificios y puentes de baja frecuencia y para implementaciones densas o inalámbricas debido a sus ventajas en costo y consumo de energía. Evaluaciones y desarrollos recientes muestran que los dispositivos MEMS seleccionados adecuadamente pueden identificar parámetros modales con una precisión aceptable para el monitoreo estructural y se han integrado en nodos inalámbricos de alta sensibilidad. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

Los enfoques de sensores inteligentes en red e inalámbricos permiten la monitorización distribuida a gran escala. Las revisiones documentan el cambio de los sistemas SHM cableados a los inalámbricos y la maduración de las redes de sensores inteligentes inalámbricos para tareas como la identificación modal de vibraciones ambientales y el análisis continuo de tendencias. [ 29 ] [ 26 ]

Los acelerómetros suelen combinarse con otros sensores para mejorar la estimación del desplazamiento y la deriva, especialmente en estructuras grandes o flexibles. El GNSS proporciona movimiento cuasiestático y de muy baja frecuencia que complementa la dinámica basada en acelerómetros; estudios recientes informan de una recuperación precisa del desplazamiento dinámico mediante soluciones GNSS de alta velocidad o multi-GNSS combinadas con acelerómetros. [ 30 ] [ 31 ]

Más allá de los activos instrumentados permanentemente, se han explorado enfoques indirectos y de colaboración ciudadana mediante acelerómetros de teléfonos inteligentes, especialmente para puentes. Las investigaciones han demostrado que las frecuencias modales —y en algunos casos las características de vibración espacial— pueden estimarse a partir de datos de acelerómetros recopilados por vehículos que cruzan puentes, lo que ofrece una herramienta de evaluación complementaria y de bajo costo para grandes inventarios. Trabajos relacionados también han evaluado la monitorización de vibraciones ambientales en edificios mediante teléfonos inteligentes. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

Los estudios de caso a largo plazo ilustran despliegues a gran escala. El Sistema de Monitoreo de la Salud Estructural y del Viento (WASHMS) de Hong Kong ha instrumentado el Puente Tsing Ma desde 1997; publicaciones posteriores informan décadas de monitoreo de carga y respuesta en servicio. El Queensferry Crossing de Escocia fue equipado con un sistema SHM integral que incluye miles de sensores, y se ha informado que el Puente del Puerto de Sídney está instrumentado con miles de sensores para monitoreo en tiempo real. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]

Los datos de SHM se utilizan para el seguimiento continuo del estado, las evaluaciones activadas por eventos (por ejemplo, después de terremotos) y para respaldar las decisiones de gestión de activos. En la ingeniería de puentes, las directrices de las agencias de transporte describen cómo se pueden integrar los datos de campo, incluidas las mediciones de acelerómetro, con la inspección y la evaluación no destructiva para mejorar la fiabilidad de la capacidad de carga y la planificación del mantenimiento. [ 39 ]

Aplicaciones médicas

El desfibrilador AED Plus de Zoll utiliza almohadillas CPR-D•padz que contienen un acelerómetro para medir la profundidad de las compresiones torácicas durante la RCP.

En los últimos años, varias empresas han fabricado y comercializado relojes deportivos para corredores que incluyen sensores de pie , los cuales contienen acelerómetros para ayudar a determinar la velocidad y la distancia del corredor que lleva puesto el dispositivo.

En Bélgica, el gobierno promueve el uso de podómetros con acelerómetro para animar a la gente a caminar unos miles de pasos al día.

Herman Digital Trainer utiliza acelerómetros para medir la fuerza de impacto en el entrenamiento físico. [ 40 ] [ 41 ]

Se ha sugerido fabricar cascos de fútbol americano con acelerómetros para medir el impacto de las colisiones en la cabeza. [ 42 ] El Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos desarrolló el Interruptor de Aceleración de Tres Ejes , que se ha sugerido para esta aplicación.

Los acelerómetros se han utilizado para calcular parámetros de la marcha , como la fase de apoyo y la fase de balanceo. Este tipo de sensor se puede utilizar para medir o monitorizar a las personas. [ 43 ] [ 44 ]

Un sistema de navegación inercial es una ayuda a la navegación que utiliza una computadora y sensores de movimiento (acelerómetros) para calcular continuamente, mediante estimación por estima, la posición, la orientación y la velocidad (dirección y rapidez del movimiento) de un objeto en movimiento sin necesidad de referencias externas. Otros términos utilizados para referirse a los sistemas de navegación inercial o dispositivos similares incluyen sistema de guiado inercial, plataforma de referencia inercial y muchas otras variantes.

Un acelerómetro por sí solo no es adecuado para determinar cambios de altitud en distancias donde la disminución vertical de la gravedad es significativa, como en el caso de aeronaves y cohetes. En presencia de un gradiente gravitatorio, el proceso de calibración y reducción de datos es numéricamente inestable. [ 45 ] [ 46 ]

Transporte

Los acelerómetros se utilizan para detectar el apogeo tanto en cohetería profesional [ 47 ] como amateur [ 48 ] .

Los acelerómetros también se utilizan en rodillos de compactación inteligente. Los acelerómetros se utilizan junto con giroscopios en sistemas de navegación inercial. [ 49 ]

Uno de los usos más comunes de los acelerómetros MEMS es en los sistemas de despliegue de airbags para automóviles modernos. En este caso, los acelerómetros se utilizan para detectar la rápida aceleración negativa del vehículo para determinar cuándo ha ocurrido una colisión y la gravedad de la misma. Otro uso común en la industria automotriz es en los sistemas de control electrónico de estabilidad , que utilizan un acelerómetro lateral para medir las fuerzas de giro. El uso generalizado de acelerómetros en la industria automotriz ha reducido drásticamente su costo. [ 50 ] Otra aplicación automotriz es la monitorización del ruido, la vibración y la aspereza (NVH), condiciones que causan incomodidad a conductores y pasajeros y que también pueden ser indicadores de fallas mecánicas.

Los trenes basculantes utilizan acelerómetros y giroscopios para calcular la inclinación requerida. [ 51 ]

Vulcanología

Los acelerómetros electrónicos modernos se utilizan en dispositivos de teledetección destinados al monitoreo de volcanes activos para detectar el movimiento del magma . [ 52 ]

electrónica de consumo

Los acelerómetros se están incorporando cada vez más a los dispositivos electrónicos personales para detectar la orientación del dispositivo, por ejemplo, la de una pantalla.

Un sensor de caída libre (FFS, por sus siglas en inglés) es un acelerómetro que detecta si un sistema se ha caído y está en caída libre. Este sensor puede aplicar medidas de seguridad, como bloquear el cabezal de un disco duro para evitar que se dañe y se produzca la consiguiente pérdida de datos tras el impacto. Este dispositivo se incluye en muchos productos informáticos y electrónicos de consumo comunes fabricados por diversos fabricantes. También se utiliza en algunos registradores de datos para monitorizar las operaciones de manipulación de contenedores de envío . El tiempo de caída libre se utiliza para calcular la altura de la caída y estimar el impacto en el paquete.

Entrada de movimiento

Acelerómetro digital de tres ejes de Kionix , integrado en el Motorola Xoom.

Algunos teléfonos inteligentes , reproductores de audio digital y asistentes digitales personales contienen acelerómetros para el control de la interfaz de usuario; a menudo, el acelerómetro se utiliza para mostrar la pantalla del dispositivo en formato horizontal o vertical , según cómo se sostenga el dispositivo. Apple ha incluido un acelerómetro en todas las generaciones de iPhone , iPad y iPod touch , así como en todos los iPod nano desde la cuarta generación. Además del ajuste de la orientación de la pantalla, los acelerómetros en los dispositivos móviles también pueden utilizarse como podómetros , junto con aplicaciones especializadas . [ 53 ]

Los sistemas de notificación automática de colisión (ACN) también utilizan acelerómetros para solicitar ayuda en caso de accidente. Algunos sistemas ACN destacados son OnStar AACN, Ford Link 911 Assist , Toyota Safety Connect , Lexus Link y BMW Assist . Muchos teléfonos inteligentes con acelerómetro también ofrecen software ACN para su descarga. Los sistemas ACN se activan al detectar aceleraciones de gran magnitud.

Los acelerómetros se utilizan en los sistemas de control electrónico de estabilidad de los vehículos para medir su movimiento real. Una computadora compara este movimiento con la acción del conductor sobre el volante y el acelerador. La computadora de control de estabilidad puede frenar selectivamente las ruedas individualmente o reducir la potencia del motor para minimizar la diferencia entre la acción del conductor y el movimiento real del vehículo. Esto ayuda a prevenir que el vehículo derrape o vuelque.

Algunos podómetros utilizan un acelerómetro para medir con mayor precisión el número de pasos dados y la distancia recorrida que la que puede proporcionar un sensor mecánico.

La consola de videojuegos Wii de Nintendo utiliza un mando llamado Wii Remote , que incorpora un acelerómetro de tres ejes y fue diseñado principalmente para la detección de movimiento. Los usuarios también pueden adquirir un accesorio adicional sensible al movimiento, el Nunchuk , para registrar el movimiento de ambas manos de forma independiente. Este mando también se utiliza en la consola Nintendo 3DS .

Los despertadores con sensor de fase de sueño utilizan sensores acelerométricos para detectar el movimiento de la persona dormida, de modo que puedan despertarla cuando no se encuentre en la fase REM, para así despertarla más fácilmente. [ 54 ]

Grabación sonora

Un micrófono o tímpano es una membrana que responde a las oscilaciones de la presión del aire. Estas oscilaciones provocan aceleración, por lo que se pueden usar acelerómetros para grabar sonido. [ 55 ] Un estudio de 2012 encontró que las voces pueden detectarse en el 93 % de las situaciones cotidianas típicas mediante acelerómetros como los de los teléfonos inteligentes fijados al esternón. [ 56 ]

Por el contrario, ciertos sonidos diseñados con precisión pueden provocar que los acelerómetros registren datos erróneos. Un estudio analizó 20 modelos de acelerómetros MEMS para teléfonos inteligentes y descubrió que la mayoría eran susceptibles a este ataque. [ 57 ]

Detección de orientación

Numerosos dispositivos del siglo XXI utilizan acelerómetros para alinear la pantalla según la orientación del dispositivo (por ejemplo, para alternar entre los modos vertical y horizontal ). Entre estos dispositivos se incluyen muchas tabletas , algunos teléfonos inteligentes y cámaras digitales . El Amida Simputer , un dispositivo portátil Linux lanzado en 2004, fue el primer dispositivo portátil comercial con un acelerómetro integrado. Incorporaba numerosas interacciones basadas en gestos mediante este acelerómetro, como pasar páginas, acercar y alejar imágenes, cambiar entre el modo vertical y horizontal, y varios juegos sencillos basados ​​en gestos.

En enero de 2009, casi todos los teléfonos móviles y cámaras digitales nuevos incluían al menos un sensor de inclinación y, en ocasiones, un acelerómetro para la rotación automática de la imagen, minijuegos sensibles al movimiento y la corrección de las vibraciones al tomar fotografías.

Estabilización de imagen

Las videocámaras utilizan acelerómetros para la estabilización de imagen , ya sea moviendo elementos ópticos para ajustar la trayectoria de la luz hacia el sensor y cancelar movimientos no deseados o desplazando digitalmente la imagen para suavizar el movimiento detectado. Algunas cámaras fotográficas utilizan acelerómetros para la captura antiborrosidad. La cámara retrasa la captura de la imagen cuando se mueve. Cuando la cámara está quieta (aunque sea solo por un milisegundo, como podría ocurrir con una vibración), se captura la imagen. Un ejemplo de la aplicación de esta tecnología es Glogger VS2, [ 58 ] una aplicación para teléfonos que se ejecuta en teléfonos basados ​​en Symbian con acelerómetros como el Nokia N96 . Algunas cámaras digitales contienen acelerómetros para determinar la orientación de la foto que se está tomando y también para rotar la imagen actual al visualizarla.

Integridad del dispositivo

Muchos portátiles incorporan un acelerómetro que se utiliza para detectar caídas. Si se detecta una caída, los cabezales del disco duro se detienen para evitar la pérdida de datos y posibles daños en los cabezales o el disco a causa del impacto .

Gravimetría

Un gravímetro, o gravitómetro, es un instrumento utilizado en gravimetría para medir el campo gravitatorio local . Un gravímetro es un tipo de acelerómetro, con la diferencia de que los acelerómetros son susceptibles a todas las vibraciones , incluido el ruido , que provocan aceleraciones oscilatorias. Esto se contrarresta en el gravímetro mediante el aislamiento integral de vibraciones y el procesamiento de señales . Aunque el principio de diseño esencial es el mismo que en los acelerómetros, los gravímetros suelen diseñarse para ser mucho más sensibles que los acelerómetros, con el fin de medir cambios muy pequeños dentro de la gravedad terrestre , de 1 g . En cambio, otros acelerómetros suelen diseñarse para medir 1000 g o más, y muchos realizan mediciones multiaxiales. Las limitaciones en la resolución temporal suelen ser menores para los gravímetros, por lo que la resolución se puede aumentar procesando la salida con una "constante de tiempo" más larga.

Tipos de acelerómetro

Explotizaciones y preocupaciones sobre la privacidad

Los datos del acelerómetro, a los que pueden acceder aplicaciones de terceros sin permiso del usuario en muchos dispositivos móviles, [ 60 ] se han utilizado para inferir información detallada sobre los usuarios a partir de los patrones de movimiento registrados (por ejemplo, comportamiento al volante, nivel de intoxicación, edad, género, entradas táctiles, ubicación geográfica). [ 61 ] Si se realiza sin el conocimiento o consentimiento del usuario, se denomina ataque de inferencia . Además, millones de teléfonos inteligentes podrían ser vulnerables al cracking de software a través de los acelerómetros. [ 62 ] [ 63 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Tinder, Richard F. (2007). Mecánica de vuelo relativista y viajes espaciales: una introducción para estudiantes, ingenieros y científicos . Morgan & Claypool Publishers. pág.  33. ISBN 978-1-59829-130-8.Extracto de la página 33
  2. 1 2 Rindler, W. (2013). Relatividad esencial: especial, general y cosmológica ( edición ilustrada). Springer. pág. 61. ISBN   978-1-4757-1135-6.Extracto de la página 61
  3. ↑ Corke, Peter (2017). Robótica, visión y control: algoritmos fundamentales en MATLAB (segunda edición, completamente revisada, ampliada y actualizada ). Springer. pág. 83. ISBN   978-3-319-54413-7.Extracto de la página 83
  4. ↑ Einstein, Albert (1920). "20" . Relatividad: Teoría especial y general . Nueva York: Henry Holt. pág. 168. ISBN  978-1-58734-092-5.{{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  5. ↑ Penrose, Roger (2005) [2004]. "17.4 El principio de equivalencia". El camino a la realidad . Nueva York: Knopf. págs. 393–394 . ISBN  978-0-470-08578-3.
  6. ↑ Doscher, James. "Diseño y aplicaciones de acelerómetros" . Analog Devices . Archivado del original el 13 de diciembre de 2008. Consultado el 23 de diciembre de 2008 .
  7. ↑ Mukherjee, Rahul; Basu, Joydeep; Mandal, Pradip; Guha, Prasanta Kumar (2017). "Una revisión de los acelerómetros térmicos micromecanizados" . Journal of Micromechanics and Microengineering . 27 (12): 123002. arXiv : 1801.07297 . Bibcode : 2017JMiMi..27l3002M . doi : 10.1088/1361-6439/aa964d . S2CID 116232359 . 
  8. ↑ Yoda et al. (2001) Journal of Experimental Biology 204(4): 685–690
  9. ↑ Shepard, Emily LC; Wilson, Rory P.; Quintana, Flavio; Laich, Agustina Gómez; Liebsch, Nikolai; Albaredas, Diego A.; Halsey, Lewis G.; Gleiss, Adrian; Morgan, David T.; Myers, Andrew E.; Newman, Chris; Macdonald, David W. "Identificación de patrones de movimiento animal mediante acelerometría triaxial" (PDF) . int-res.com . Archivado (PDF) del original el 7 de noviembre de 2012. Recuperado el 11 de septiembre de 2014 .
  10. ^ Kawabe y col. (2003) Ciencias pesqueras 69 (5): 959 – 965
  11. ↑ Wilson et al. (2006) Journal of Animal Ecology : 75(5): 1081-1090
  12. ↑ Walsum, Tessa A. Van; Perna, Andrea; Bishop, Charles M.; Murn, Campbell P.; Collins, Philip M.; Wilson, Rory P.; Halsey, Lewis G. (2020). "Explorando la relación entre el comportamiento de aleteo y la señal del acelerómetro durante el vuelo ascendente y un nuevo enfoque para la calibración" (PDF) . Ibis . 162 (1): 13– 26. doi : 10.1111/ibi.12710 . ISSN 1474-919X . S2CID 92209276 .  
  13. ↑ Viecelli, Claudio; Graf, David; Aguayo, David; Hafen, Ernst; Füchslin, Rudolf M. (15 de julio de 2020). "Uso de datos de acelerómetro de teléfonos inteligentes para obtener descriptores mecánico-biológicos científicos del entrenamiento de ejercicios de resistencia" . PLOS ONE . 15 (7) e0235156. Bibcode : 2020PLoSO..1535156V . doi : 10.1371/journal.pone.0235156 . ISSN 1932-6203 . PMC 7363108. PMID 32667945 .   
  14. ↑ Studd, Emily K.; Derbyshire, Rachael E.; Menzies, Allyson K.; Simms, John F.; Humphties, Murray M.; Murray, Dennis M.; Boutin, Stan (2021). "La captura perfecta: uso de acelerómetros y grabadoras de audio para documentar las tasas de eliminación y el comportamiento de caza de un especialista en presas pequeñas" . Methods in Ecology and Evolution . 12 (7): 1277– 1287. Bibcode : 2021MEcEv..12.1277S . doi : 10.1111/2041-210X.13605 . S2CID 235537052 . 
  15. ↑ Klubnik, Renard; Sullivan, Ron. " Conozca la edad de sus bombas " (PDF) . Archivado del original (PDF) el 14 de noviembre de 2012. Recuperado el 9 de enero de 2009 .
  16. ↑ Wilcoxon Research. "Guía para el montaje de sensores de vibración de 4 a 20 mA en ventiladores" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 4 de marzo de 2016. Consultado el 11 de septiembre de 2014 .
  17. ↑ Klubnik, Renard; Sullivan, Ron. "Conozca la salud de sus bombas" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 14 de noviembre de 2012. Recuperado el 11 de septiembre de 2014 .
  18. ↑ "Mediciones de vibraciones de baja frecuencia en un conjunto de engranajes de compresor" (PDF) . wilcoxon research . 14 de noviembre de 2014. Archivado del original (PDF) el 14 de noviembre de 2012. Consultado el 11 de septiembre de 2014. El conjunto de engranajes de un turbocompresor crítico fue monitorizado con un acelerómetro industrial estándar a frecuencias muy bajas...
  19. ↑ "Tutorial de la caja de cambios" (PDF) . Wilcoxon Research. 11 de septiembre de 2014. Archivado del original (PDF) el 14 de noviembre de 2012. Consultado el 9 de enero de 2009 .
  20. ↑ "Fallo en los cojinetes: causas y soluciones" (PDF) . wilcoxon.com . Archivado del original (PDF) el 22 de septiembre de 2015. Consultado el 11 de septiembre de 2014 .
  21. ↑ Machado, JM et al. (2020). "Una revisión de las técnicas de análisis modal operacional para la identificación modal en servicio." *Revista de la Sociedad Brasileña de Ciencias Mecánicas e Ingeniería* 42: 124. https://doi.org/10.1007/s40430-020-02470-8
  22. ↑"National Strong Motion Project". earthquake.usgs.gov. Retrieved 9 June 2026.
  23. ↑"Center for Engineering Strong Motion Data". www.strongmotioncenter.org. Retrieved 9 June 2026.
  24. ↑ISO 4866:2010. *Mechanical vibration and shock — Vibration of fixed structures — Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on structures*. International Organization for Standardization.
  25. ↑ISO 10137:2007. *Bases for design of structures — Serviceability of buildings and walkways against vibrations*. International Organization for Standardization.
  26. 12Zhu, Li; Fu, Yuguang; Chow, Raymond; Spencer, Billie; Park, Jong; Mechitov, Kirill (17 January 2018). "Development of a High-Sensitivity Wireless Accelerometer for Structural Health Monitoring". Sensors. 18 (1): 262. Bibcode:2018Senso..18..262Z. doi:10.3390/s18010262. ISSN 1424-8220. PMC 5795593. PMID 29342102.
  27. ↑Cenedese, A. et al. (2024). "Developing and Testing High-Performance SHM Sensors Mounting Low-Noise MEMS Accelerometers." *Sensors* 24(8):2435. https://doi.org/10.3390/s24082435
  28. ↑Ribeiro, Renan Rocha; Lameiras, Rodrigo de Melo (2019). "Evaluation of low-cost MEMS accelerometers for SHM: frequency and damping identification of civil structures". Latin American Journal of Solids and Structures. 16 (7) e203. doi:10.1590/1679-78255308. ISSN 1679-7817.
  29. ↑Khazaei, Masoud; Hosseini, Marzieh Sadat; Haghighi, Ali Moshfegh; Misaghi, Majid (1 August 2023). "Nanosensors and their applications in early diagnosis of cancer". Sensing and Bio-Sensing Research. 41 100569. Bibcode:2023SBSR...4100569K. doi:10.1016/j.sbsr.2023.100569. ISSN 2214-1804.
  30. ↑ Paziewski, Jacek; Stepniak, Katarzyna; Sieradzki, Rafal; Yigit, Cemal Ozer (3 de julio de 2023). "Monitoreo dinámico de desplazamiento mediante la integración de GNSS de alta velocidad y acelerómetro: sobre la posibilidad de submuestreo de datos GNSS en estaciones de referencia" . GPS Solutions . 27 (3): 157. Bibcode : 2023GPSS...27..157P . doi : 10.1007/s10291-023-01500-x . ISSN 1521-1886 . 
  31. ↑ Hao, Zhi-Hao; Zeng, Jun-Jie; Chen, Guang-Ming; Dai, Jian-Guo; Chen, Jian-Fei (15 de abril de 2024). "Durabilidad de las uniones adheridas de FRP a hormigón sometidas a 110 meses de exposición acelerada en laboratorio y campo" . Engineering Structures . 305 117681. Bibcode : 2024EngSt.30517681H . doi : 10.1016/j.engstruct.2024.117681 . hdl : 10397/116539 . ISSN 0141-0296 . 
  32. ↑ Cronin, M. et al. (2024). "Acortando la brecha: mercantilizando la dinámica espacial de la infraestructura con crowdsensing." *Communications Engineering* 3:48. https://doi.org/10.1038/s44172-024-00363-8
  33. ↑ Borgese, L. et al. (2022). "Monitoreo de puentes basado en teléfonos inteligentes mediante la interacción vehículo-puente". *Soluciones innovadoras de infraestructura* 7:168. https://doi.org/10.1007/s41062-022-00787-2
  34. ↑ Kumar, A. et al. (2025). "Análisis de vibraciones ambientales de edificios de gran altura mediante datos del teléfono inteligente MyShake." *Journal of Building Engineering* 96:109191. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.109191
  35. ↑ Ni, YQ y Wong, KY (2012). "Integración de la gestión de la salud estructural de puentes y la gestión del mantenimiento basado en la condición". *CSHM-4*. https://www.ndt.net/article/cshm2012/papers/v06.pdf
  36. ↑ Ni, YQ et al. (2024). "Supervisión durante más de 25 años del puente colgante Tsing Ma en Hong Kong." *Soluciones de infraestructura innovadoras* 9:163. https://doi.org/10.1007/s41062-024-01463-8
  37. ↑ Ferguson, N. et al. (2021). "Sistema de monitoreo de la salud estructural para el Queensferry Crossing." *Congreso IABSE* (documento).
  38. ↑ Gray, R. (2018). "Cómo 2400 sensores y modelos de aprendizaje automático mantienen el Puente del Puerto de Sídney en funcionamiento durante décadas." *Computerworld (AU)*.
  39. ↑ FHWA (2021). *Mejora de la evaluación de infraestructuras mediante la integración de paradigmas NDE y SHM* (FHWA-HRT-21-011).
  40. ↑ El Contendiente 3 Episodio 1 Prueba SPARQ ESPN
  41. ↑ "Bienvenido a GoHerman.com, innovador del entrenamiento personal interactivo para el fitness, – ARTES MARCIALES y MMA" . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  42. ↑ Nosovitz, Dan (12 de enero de 2011). "La NFL prueba cascos con acelerómetros de detección de impacto para el análisis de conmociones cerebrales" . Popular Science . Archivado del original el 12 de septiembre de 2014.
  43. ↑ Irvin Hussein López-Nava (2010). "Hacia la adquisición y el procesamiento ubicuos de parámetros de la marcha". Hacia la adquisición y el procesamiento ubicuos de parámetros de la marcha – Springer . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 6437. pp. 410–421 . doi : 10.1007/978-3-642-16761-4_36 . ISBN   978-3-642-16760-7.
  44. ↑ Lopez-Nava IH y Munoz-Melendez A. (2010). Hacia la adquisición y el procesamiento ubicuos de parámetros de la marcha . En IX Conferencia Internacional Mexicana sobre Inteligencia Artificial, Hidalgo, México.
  45. ↑ " Medición de velocidad vertical , por Ed Hahn en sci.aeronautics.airliners, 22-11-1996" . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  46. ↑ Patente estadounidense 6640165 , Hayward, Kirk W. y Stephenson, Larry G., "Método y sistema para determinar la altitud de un objeto volador", emitida el 28 de octubre de 2003. 
  47. ↑ "Despliegue dual" . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  48. ↑ "Altímetro PICO" . Archivado del original el 19 de diciembre de 2005. Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  49. ↑ "Diseño de un sistema integrado de guiado y control de aeronaves de a bordo para un misil táctico" WILLIAMS, DERICHMAN, J. FRIEDLAND, B. (Singer Co., Kearfott Div., Little Falls, NJ) AIAA-1983-2169 EN: Guidance and Control Conference, Gatlinburg, TN, 15–17 de agosto de 1983, Collection of Technical Papers (A83-41659 19–63). Nueva York, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1983, págs. 57-66.
  50. ↑ Andrejašic, Matej (marzo de 2008). Acelerómetros MEMS (PDF) . Universidad de Ljubljana. Archivado (PDF) del original el 11 de junio de 2014.
  51. ↑ Los trenes basculantes reducen el tiempo de tránsito. Archivado el 4 de junio de 2011 en Wayback Machine . Memagazine.org. Consultado el 17 de octubre de 2011.
  52. ↑ Michael Randall. "USGS – monitoreo de volcanes" . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  53. ↑ Eaton, Kit (18 de febrero de 2014). "Estas aplicaciones están hechas para caminar - NYTimes.com" . The New York Times . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  54. ↑ Nam, Yunyoung; Kim, Yeesock; Lee, Jinseok (23 de mayo de 2016). "Monitorización del sueño basada en un acelerómetro triaxial y un sensor de presión" . Sensors (Basilea, Suiza) . 16 (5): 750. Bibcode : 2016Senso..16..750N . doi : 10.3390/s16050750 . PMC 4883440. PMID 27223290 .  
  55. ↑Uso de acelerómetros MEMS como sensores acústicos en instrumentos musicales
  56. ↑IEEE 2012, Detección de actividad de voz mediante acelerómetro, Aleksandar Matic, et al.
  57. ↑Los acelerómetros de los teléfonos inteligentes IEEE Spectrum pueden ser engañados por ondas sonoras.
  58. ↑ "Glogger" . Consultado el 12 de septiembre de 2014 .
  59. ↑ "Mullard: Hoja de datos del acelerómetro de doble diodo DDR100 " (PDF) . Consultado el 7 de mayo de 2013 .
  60. ↑ Bai, Xiaolong; Yin, Jie; Wang, Yu-Ping (2017). "Sensor Guardian: previene la inferencia de privacidad en sensores de Android" . EURASIP Journal on Information Security . 2017 (1) 10. doi : 10.1186/s13635-017-0061-8 . ISSN 2510-523X . 
  61. ↑ Kröger, Jacob Leon; Raschke, Philip (enero de 2019). "Implicaciones de privacidad de los datos del acelerómetro: una revisión de posibles inferencias". Actas de la Conferencia Internacional sobre Criptografía, Seguridad y Privacidad . ACM, Nueva York. págs. 81–87 . doi : 10.1145/3309074.3309076 . 
  62. ↑ Dockrill, Peter (18 de marzo de 2017). "Millones de teléfonos inteligentes podrían ser vulnerables a ataques informáticos mediante ondas sonoras" . ScienceAlert . Consultado el 13 de marzo de 2019 .
  63. ↑ Nordrum, Amy (17 de marzo de 2017). "Los acelerómetros de los teléfonos inteligentes pueden ser engañados por las ondas sonoras" . IEEE Spectrum: Noticias sobre tecnología, ingeniería y ciencia . Consultado el 13 de marzo de 2019 .
Lecturas relacionadas
6 articulos
Aceleración adecuadaAceleración adecuadaMapa y vistas de viajero de una aceleración propia de 1 g desde el reposo durante un año. Espacio-tiempo del viajero para un viaje de ida y vuelta ...AceleraciónAceleraciónLas carreras de aceleración son un deporte en el que vehículos especialmente construidos compiten para ser los más rápidos en acelerar desde parado...{\displaystyle f}Tasa (matemáticas)En matemáticas , una tasa es el cociente de dos cantidades , a menudo representada como una fracción . [ 1 ] Si el divisor (o denominador de la fra...VelocidadLa velocidad es la rapidez en combinación con la dirección del movimiento de un objeto . La velocidad es un concepto fundamental en la cinemática ,...Caída libreCaída libreEn mecánica clásica , la caída libre es cualquier movimiento de un cuerpo en el que la gravedad es la única fuerza que actúa sobre él. Un objeto qu...Marco de referencia inercialEn física clásica y relatividad especial , un marco de referencia inercial (también llamado espacio inercial o marco de referencia galileano ) es u...