Dieci secondi per sapere se un accelerometro MEMS funziona davvero

Il contesto

Il cliente installa accelerometri MEMS su strutture diverse tra loro. Dopo l’installazione serve una conferma semplice: l’accelerometro c’è, funziona ed è ben fissato alla struttura? Chi esegue il controllo non è uno specialista di misure, e il test deve dare un sì o un no in pochi secondi. Le strutture fanno parte di sistemi mission critical: un accelerometro mal fissato non deve superare il controllo.

Il problema

Un accelerometro “vivo” ma fissato male restituisce comunque dei dati: il difetto non si vede guardando il segnale a occhio. In più, ogni struttura ha le sue risonanze, e il rumore di fondo di un ambiente industriale può facilmente coprire un segnale di prova debole.

Le scelte tecniche, e perché

Eccitazione a toni puri invece che a banda larga. Con un tono a frequenza nota tutta l’energia del test è concentrata dove la cerchiamo, quindi basta poca potenza per emergere dal rumore.

Frequenze scelte con l’analisi modale. Prima di fissare i toni abbiamo studiato le risonanze della struttura di prova, con sweep e chirp automatizzati. I toni cadono lontano dalle risonanze: così la risposta dipende dall’accoppiamento dell’accelerometro, non dalla forma della struttura.

Rivelazione lock-in sul microcontrollore. Il firmware moltiplica il segnale dell’accelerometro per un riferimento alla stessa frequenza del tono e ne fa la media: tutto ciò che non è alla frequenza del test, compreso il rumore della macchina, si annulla.

Doppia soglia: ampiezza e rapporto segnale/rumore. Un accelerometro fissato male risponde più debole, uno guasto risponde con rumore. Con le due soglie insieme distinguiamo entrambi i casi.

Due fasi. Una calibrazione fatta una sola volta per ogni tipo di struttura, poi il test operativo di dieci secondi, sempre uguale per l’operatore.

Lettura di due accelerometri in parallelo su SPI, con FIFO e doppio buffer, senza perdere campioni.

Come l’abbiamo verificato

• Sweep e chirp automatizzati con generatore e oscilloscopio pilotati via SCPI.
• Simulazione Monte Carlo per misurare la robustezza al rumore: il test resta affidabile fino a 19 mg di rumore aggiunto, contro 1–10 mg tipici di un ambiente industriale.
• Software operatore con autodiagnosi e test automatici.

Il risultato

Rapporto segnale/rumore sopra i 40 dB in tutte le configurazioni provate, test di circa 10 secondi con esito sì/no e 23 dB di margine sulla soglia di accettazione.

Cosa portiamo nei vostri progetti

Elaborazione del segnale sul microcontrollore, progettazione di banchi di prova, automazione delle misure e collaudi progettati per chi li deve eseguire tutti i giorni.