A pesar del crecimiento de la popularidad de los sensores de inclinación MEMS, los sensores electrolíticos de inclinación siguen siendo un estándar para las aplicaciones industriales, como explica Shawn Orr, ingeniero de The Fredericks Company.
Debido en parte a su uso generalizado en aplicaciones comerciales, los sensores de inclinación y los acelerómetros de MEMS son más frecuentes y a menudo más fáciles de reconocer por los diseñadores y los consumidores. A pesar de ello, los sensores electrolíticos de inclinación han seguido mostrando un crecimiento significativo en su popularidad para las aplicaciones industriales en los últimos años. Algunas de esas aplicaciones son los vehículos de construcción, las herramientas de construcción como los niveles láser, la nivelación de vehículos recreativos, el posicionamiento móvil por satélite y la vigilancia geofísica y estructural. En estas aplicaciones, la vida útil de los productos se mide en años, no en meses, y la precisión de los sensores es crucial para el usuario final. También es fundamental que esta precisión se mantenga mientras el producto del usuario final permanezca en el campo.
El costo de la alta precisión
La precisión es la métrica de rendimiento más importante para cualquier sensor de inclinación, que la mayoría de los fabricantes especifican combinando varias especificaciones que incluyen, pero no se limitan a, la repetibilidad, la deriva, la linealidad y el rendimiento sobre la temperatura. Hay diferencias considerables en la precisión, y más específicamente en la repetibilidad, que ofrecen los sensores de inclinación MEMS disponibles en el mercado cuando se comparan con los sensores de inclinación electrolíticos. Los sensores electrolíticos de inclinación de bajo costo pueden ofrecer una repetibilidad de ±0,001° (±5 segundos de arco) a ±0,1°, mientras que los sensores electrolíticos de gama alta logran una repetibilidad de segundos de arco inferior. Esta precisión extrema sólo la ofrecen los sensores de inclinación MEMS de mayor coste, que a menudo también requieren múltiples componentes de apoyo caros, lo que añade aún más al coste total del producto final.
Costos de los componentes de apoyo
Pequeñas variaciones de voltaje pueden tener un efecto significativo en la precisión de los sensores de inclinación de los MEMS. Específicamente, pueden causar una deriva en el tiempo y la temperatura que puede resultar en la necesidad de recalibrar los sensores. Para lograr un rendimiento óptimo, deben integrarse suministros de voltaje altamente precisos y estables (y de alto coste) en los diseños que utilizan los sensores de inclinación MEMS para aplicaciones de alta precisión o industriales. En comparación, el principio de medición ratiométrica utilizado para los sensores de inclinación electrolíticos los hace mucho menos susceptibles a las variaciones de voltaje y permite el uso de fuentes de alimentación de menor costo.
Longevidad y Durabilidad
Otro factor que puede impactar significativamente en el rendimiento de un sensor de inclinación es su durabilidad ambiental. Aquí, los sensores de inclinación de MEMS pueden estar limitados por sus opciones de embalaje y rangos de temperatura. En comparación, los sensores electrolíticos de inclinación disponibles en el mercado ofrecen un rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a 85 °C, con rangos de temperatura de almacenamiento de -55 °C a 125 °C y vienen de serie en un envase herméticamente cerrado.
Otra forma en que la durabilidad ambiental puede afectar el desempeño de los sensores de inclinación de los MEMS a través del tiempo es a través de los cambios en las propiedades de los materiales. Si simplificamos el diseño de un sensor MEMS y pensamos en él como un resorte con una masa de prueba adherida a él, a medida que el resorte se mueve a lo largo de la vida del sensor y está expuesto a golpes, vibraciones y temperaturas extremas, su constante de resorte cambiará. Por el contrario, los sensores electrolíticos no contienen piezas móviles y por lo tanto no muestran ninguna degradación del rendimiento debido a los golpes, las vibraciones o las temperaturas extremas a lo largo del tiempo. Las opciones de embalaje y montaje de los sensores electrolíticos de inclinación incluyen unas cuantas opciones diferentes, algunas de las cuales pueden soldarse directamente a un PCB y otras que pueden montarse externamente y cablearse a un PCB. La disponibilidad de un montaje con agujeros pasantes proporciona una conexión robusta y facilita la garantía de la alineación del sensor, que puede ser más difícil con un paquete de sensor de inclinación MEMS de montaje en superficie.
La simplicidad de la integración
Hay una idea equivocada común de que los sensores de inclinación electrolíticos son difíciles de integrar en un diseño que los sensores de inclinación MEMS porque los sensores electrolíticos requieren componentes de CA para una señal de accionamiento de CA. La realidad es que un sensor electrolítico puede integrarse con todos los componentes de CC, incluyendo un microcontrolador (que ya está presente en la mayoría de los diseños modernos) y un amplificador óptico con unos pocos componentes pasivos, incluyendo resistencias y condensadores.
El futuro de los sensores de inclinación electrolítica
Los sensores de inclinación electrolítica han sido de uso generalizado desde al menos los años 60, y fabricantes como Fredericks continúan innovando y mejorando esta tecnología ya bien establecida en el siglo XXI.