Altamira Tecnologia Inclinometro e Bússola

Altamira Tecnologia
Engenharia de Produtos Eletrônicos,, 3/11/2010 - 19:02
Inclinometro e Bússola...
Módulo MS1109 Inclinometro MEMs e Bússola Magnética 3D...
Utilizando um Acelerômetro Tri-Axial (X,Y,Z) este módulo tem
diversas aplicações de posicionamento, inclinação (Pitch & Roll),
choque, vibração, movimento e queda. Estas aplicações por sua vez
possuem diversas áreas onde podemos aplicar este módulo como
por exemplo: navegação aérea e marítima, posicionamento de
ferramentas, ondógrafo, etc..
Esta tecnologia e chamada Micro-Electro-Mechanical Systems
(MEMS) e consiste em uma ponte formada por micro capacitores
com variação mecânica.
Possui também uma bússola magnética interna com a tecnologia AMR
com 3 eixos a qual possibilita se ajustar corretamente no plano
ortogonal das linhas magnéticas da terra.
O módulo possui condicionadores de sinal e uma resolução interna de
conversão com 16 bits permitindo obter uma resolução de 0,01° para
cada eixo, seja do inclinometro ou bússola.
Como o seu Inclinometro e sua Bússola possuem 3 eixos seu firmware esta preparado para trabalhar na
horizontal ou vertical.
Anisotropic Magneto Resistance
(AMR) Sensor
AltamiraTecnologia Ltda.
CNPJ: 00.206.186.0001/30 IE: 85.231.162
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Bússola 3D
Devem ser observadas algumas precauções ao se usar inclinometro em geral:
• A presença de materiais ferrosos como níquel, ferro, aço, e cobalto perto do inclinometro criará
perturbações no campo magnético da terra que torcerá o X, Y, e Z do campo medido.
• A presença do campo magnético da terra deve ser levada em conta ao medir outros campos
magnéticos.
• A discrepância do campo magnético da terra deve ser considerada em partes diferentes do mundo.
• Diferenças no campo da terra é bastante dramático entre a América Norte, América do Sul e a região
de Equador.
• A possível desmagnetização do instrumento onde esta contido o elemento sensor deve ser levado em
consideração.
Materiais não Ferrosos...
Materiais que não afetam campos magnéticos são: cobre, bronze, ouro, alumínio, alguns aços imaculados,
prata, silicone, nylon, teflon, celeron e a maioria dos não metais.
Precauções...
O inclinometro utiliza um elemento sensor com sensibilidade dentro da faixa de 2 Gauss com uma
resolução de 0,1 miligauss. Antigos disquetes de computador ou HDs utilizam um campo magnético com
cerca de 10 Gauss, estes são muitas vezes maior que sensor do inclinometro por tanto se deve tratar o
inclinometro com o mesmo cuidado com que se trata esta mídia magnética pelo menos.
O sistema é baseado em um chip que possui internamente uma ponte resistiva composta de um material
o qual sofre o efeito de Magnetoresistance de Anisotropic (AMR) que acontece em materiais ferrosos.
Neste ocorre uma mudança na sua resistência ou impedância quando um campo magnético é aplicado
perpendicular ao fluxo atual em uma fina tira de material ferroso (Figura 1). O componente tem
sensibilidade suficiente para perceber o campo magnético do planeta sem sofrer influencia de metais
próximos a ele.
Baseado no principio de funcionamento deste componente o módulo digitaliza e processa a informação
de cada eixo e envia um resultado contendo a posição física do módulo em relação ao Norte verdadeiro
do planeta. Esta arquitetura de bússola aliada a um inclinometro e um GPS equipa sistemas de navegação
em aviões e embarcações marítimas, subaquáticas, veículo terrestre e etc. no mundo todo.
O campo magnético da terra é aproximadamente 0.6 Gauss em um ambiente ao ar livre, e tem uma
direção do sul magnético para o norte magnético. No equador, a direção de campo magnética é
completamente um vetor horizontal, mas se você rodear mais adiante nos hemisférios do norte ou sul o
campo magnético apontará parcialmente para baixo (hemisfério do norte) ou acima (hemisfério sul).
Este ângulo para baixo ou para acima da superfície da terra é chamada de inclinação.
Uma bússola de dois eixos magnéticos pode medir os componentes de vetor horizontais do campo
magnético da terra, usando dois elementos de sensor no plano horizontal, montados de forma ortogonal
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entre um e outro. Chamado sensor X e sensor de Y, cada sensor montado na bússola eletrônica medem o
campo magnético em seu eixo sensível e o arco Y/X tangente provê a bússola com respeito ao eixo X.
Uma bússola de dois eixos pode permanecer precisa contanto que os sensores permaneçam horizontais
ou em posição ortogonal ao vetor gravitacional (descendente). Em aplicações de plataforma é
conveniente usar duas bússolas onde seu eixo é mecanicamente "fixado" para permanecer plano e
preciso.
Já uma bússola com três eixos magnéticos contêm sensores magnéticos em todos os três vetores
ortogonais, nesta montagem a bússola eletrônica capturar os componentes horizontais, verticais do
campo magnético da terra e o seu campo gravitacional. Para eletronicamente equilibrar a bússola, os
dois sensores magnéticos são complementados e este terceiro elemento que mede a direção
gravitacional da terra formando um sensor de inclinação. Este sensor de inclinação provê informação
para compensar e equilibrar os dois outros eixos X e Y montados na bússola. Não importando assim a
posição que o veículo possa estar.
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Inclinometro
O Inclinometro utiliza 2 Acelerômetros do tipo micromecanismo capacitivo compensado por temperatura e
pode efetuar medidas dinâmicas e estáticas na faixa
+1g a -1g que representa uma inclinação de -90 graus a
+90 graus e cada 1g representa 9.8 m/s.
O sistema utiliza um conversor A/D com resolução de
16 bits para efetuar leituras em cada um dos 3 eixos e
armazenar estas leituras ou simplesmente envia para
um dispositivo externo. Com esta resolução de
conversão o dispositivo pode converter a leitura de 90
graus em 0,00137 divisões de graus por exemplo.
È possível à seleção de 4 faixas de trabalho com este modelo que são 1.5g/2g/4g/6g.
Com o módulo equipado com 2 inclinômetros permite calcular
a trajetória espacial a cada 1/2 metro da sessão medida.
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ESPECIFICAÇÕES
Acelerometro
Faixa de Sensibilidade à Selecionar (1.5 g ou 6 g))
Precisão ±0.5
Resolução 0.01°
Inclinometro
Faixa -90° até +90° eixos X,Y ou Z
Precisão ±1.0°
Resolução ±0.01°
Temperatura
Sensor –50 a 150°C incorporado.
Comunicação
Protocolo NMEA 0183 Sentence Outputs
$HCHDG,hhh.h,,,,<CR><LF>
$HCPNR,±pp.p,±rr.r<CR><LF>
$HCHPR,hhh.h,±pp.p,±rr.r<CR><LF>
Head,Pitch,Roll: $HCHPR,<heading>,<pitch>,<roll><CR><LF>
<heading> Compass.
< pp.p > is pitch angle, <rr.r> is roll angle
XDE Transducer Measurements
Temp,Pitch,Roll:
$HCXDR,A,<pitch>,D,PITCH,A,<roll>,D,ROLL,C,<temp>,C<CR><LF>
<temp> is temperature in degC, <pitch> is pitch angle, <roll> is roll angle
Armazenamento
Memória interna não volátil para retenção de dados (Datalogger) 1,2,4,8,16 Gbytes (opcional).
Link de Comunicação
Saída de dados através de interface Bluetooth Wireless 2,4 GHz
Porta Serial ISP para programação firmware ou través do Bluetooth
Interface Elétrica
Cabo de Alimentação 9-24 Vdc @ 100 mA nominal.
Condições de Ambiente
Temperatura -40° até 60°C (-40° to 140°F)
Umidade 0-100%
Altitude -100 to +10,000 ft MSL
Características Físicas
Tubo Nylon com Diâmetro 41mm (1,5”) e Comprimento 200mm (7,8”)
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