Cuando diferentes laboratorios prueban el mismo acelerómetro, como el de su teléfono inteligente, a menudo se les ocurren valores muy diferentes. Hay varias razones posibles:Quizás los ejes del sistema de cardán utilizado en las pruebas no estén perfectamente alineados, o los ejes internos del dispositivo bajo prueba (DUT) están mal alineados, o tal vez el DUT esté montado incorrectamente en la mesa de prueba. Para eliminar estos problemas, Los científicos del NIST están tomando medidas para determinar las propiedades "intrínsecas" del dispositivo bajo prueba, las que son exclusivas del dispositivo en sí. Esta demostración de video incluye imágenes de la mesa de cardán de alta precisión utilizada para rotar el dispositivo bajo prueba (en este caso, un teléfono inteligente) en los tres ejes simultáneamente.
Los acelerómetros, dispositivos que miden el cambio de velocidad, están integrados en los automóviles, aviones, celulares, marcapasos, y decenas de otros productos. Advierten sobre vibraciones potencialmente destructivas en equipos industriales, edificios y puentes; registrar choques sísmicos; y guiar misiles hacia sus objetivos.
Cada vez más, están miniaturizados utilizando tecnologías de sistemas microelectromecánicos (MEMS) con dimensiones de componentes del orden de micrómetros, y registrar simultáneamente aceleración en los tres ejes del espacio tridimensional. Debido a que los errores son aditivos al calcular la velocidad a partir de la aceleración, Incluso los errores menores en la salida pueden tener consecuencias muy graves.
Sin embargo, cuando las sensibilidades de tres ejes y las sensibilidades de eje transversal de un dispositivo digital de tres ejes se prueban en diferentes laboratorios de calibración, las medidas pueden variar sustancialmente dependiendo de factores que pueden ser difíciles de determinar, pero a menudo surgen de errores con la alineación del equipo de prueba, la alineación interna de los acelerómetros en el dispositivo, o ambos.
Ahora, los científicos del NIST han ideado una metodología diseñada para reducir o eliminar esas diferencias al caracterizar las propiedades intrínsecas de un acelerómetro, las que son exclusivas de él, independientemente de la forma en que esté montado o probado, lo que hace posible comparaciones precisas entre laboratorios.
"La determinación de propiedades intrínsecas es parte del esfuerzo más grande del NIST para ayudar a la industria a desarrollar protocolos de prueba estándar para las nuevas tecnologías de dispositivos basados en MEMS, que no existen en la actualidad, "dice Michael Gaitan del Laboratorio de Medición Física del NIST, que está trabajando en asociación con MEMS y Sensors Industry Group (MSIG) y el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. "MSIG informó que las pruebas equivalen a la mitad del costo de fabricación de este tipo de dispositivos. Los fabricantes no pueden reducir mucho el costo de fabricación física. Pero pueden encontrar ahorros en la forma en que empaquetan, prueba, y calibrar los dispositivos ".
Cuando se basa en MEMS, se prueban acelerómetros de tres ejes, normalmente se montan en un sistema de cardán y se giran alrededor de tres ejes:x, y, yz — con medidas tomadas en diferentes orientaciones. Las medidas están formateadas en una cuadrícula de tres por tres, llamada "matriz de sensibilidad cruzada, "utilizado por los fabricantes para evaluar el rendimiento del dispositivo. Especifica la relación entre la respuesta de aceleración a lo largo de los ejes del cardán y la respuesta a lo largo de los ejes del dispositivo bajo prueba (DUT).
Ese proceso, sin embargo, asume que los tres ejes del DUT son perfectamente ortogonales, en ángulo recto entre sí, y que el dispositivo se ha montado en perfecta alineación con los ejes del cardán, que están perfectamente alineados. Y en el caso de probar los paquetes de acelerómetros después de que se hayan integrado en los productos, como teléfonos inteligentes, asume que el paquete se instaló en alineación exacta con los ejes de la carcasa del teléfono. Pero ninguna de esas condiciones está garantizada, y ligeras desviaciones en cualquiera de las variables pueden explicar por qué las mediciones de la misma unidad de prueba realizadas en diferentes laboratorios producen valores diferentes.
"Por lo tanto, en lugar de utilizar solo la matriz de sensibilidad cruzada, "Gaitán dice, "Estamos definiendo que el dispositivo tiene propiedades intrínsecas en las que no se supone que los ejes del dispositivo sean completamente ortogonales. Podría haber alguna variación en su alineación".
En el protocolo de medición de NIST, El dispositivo bajo prueba está montado en la tabla de posiciones y velocidades que gira con mucha precisión el dispositivo en gradaciones específicas a través de 360 grados en cada uno de los tres ejes del cardán mientras mide la respuesta del dispositivo en cada intervalo. El protocolo revela la alineación del eje interno del DUT, la magnitud de respuesta de cada eje en diferentes orientaciones, y su "compensación de señal" - la cantidad constante por la cual las lecturas medidas difieren del valor "verdadero".
Con esa información, un laboratorio central de estándares como el NIST podría caracterizar completamente las propiedades intrínsecas de uno o más DUT y distribuir los dispositivos a otros laboratorios, que los usaría para comparar resultados y determinar, por ejemplo, si las lecturas estaban sesgadas debido a errores de medición relacionados con el instrumento.
A principios de este año, NIST adquirió una nueva tabla de posiciones y tasas lo suficientemente grande como para permitir mediciones en productos completos que tienen acelerómetros instalados. "Nuestro sistema de cardán inicial era un instrumento más pequeño que era útil para realizar mediciones estáticas, "Dice Gaitán.
"Pero ahora podemos realizar mediciones dinámicas en objetos tan grandes como un teléfono celular. Podemos configurarlo en rotación de estado estable como un tocadiscos, y podemos acelerar la velocidad de rotación. Eso nos permitirá tomar medidas por encima de la aceleración de la gravedad de 1g y medir la aceleración por rotación ".
