Quando diferentes laboratórios testam o mesmo acelerômetro, como o do seu smartphone, eles freqüentemente apresentam valores muito diferentes. Existem várias razões possíveis:talvez os eixos do sistema de cardan usado no teste não estejam perfeitamente alinhados, ou os eixos internos do próprio dispositivo em teste (DUT) estão mal alinhados, ou talvez o DUT esteja montado na mesa de teste incorretamente. Para remover esses problemas, Os cientistas do NIST estão fazendo medições para determinar as propriedades 'intrínsecas' do DUT - aquelas que são exclusivas do próprio dispositivo. Este vídeo de demonstração inclui imagens da mesa do cardan de alta precisão usada para girar o DUT (neste caso, smartphone) em todos os três eixos simultaneamente.

Acelerômetros - dispositivos que medem a mudança na velocidade - são integrados aos automóveis, aviões, celulares, marcapassos, e dezenas de outros produtos. Eles alertam sobre vibrações potencialmente destrutivas em equipamentos industriais, edifícios, e pontes; registrar choques sísmicos; e guiar mísseis para seus alvos.

Cada vez mais, eles são miniaturizados usando tecnologias de sistemas microeletromecânicos (MEMS) com dimensões de componentes da ordem de micrômetros, e, simultaneamente, registrar a aceleração em todos os três eixos do espaço tridimensional. Como os erros são aditivos ao calcular a velocidade da aceleração, mesmo pequenos erros na saída podem ter consequências muito sérias.

No entanto, quando as sensibilidades de três eixos e as sensibilidades de eixo cruzado de um dispositivo digital de três eixos são testadas em diferentes laboratórios de calibração, as medições podem variar substancialmente, dependendo de fatores que podem ser difíceis de determinar, mas muitas vezes surgem de erros com o alinhamento do equipamento de teste, o alinhamento interno dos acelerômetros no dispositivo, ou ambos.

Agora, os cientistas do NIST desenvolveram uma metodologia projetada para reduzir ou eliminar essas diferenças, caracterizando as propriedades intrínsecas de um acelerômetro - aquelas que são exclusivas a ele, independentemente da forma como é montado ou testado - possibilitando comparações interlaboratoriais precisas.

"A determinação das propriedades intrínsecas é parte de um esforço maior do NIST para ajudar a indústria a desenvolver protocolos de teste padrão para as novas tecnologias de dispositivos baseados em MEMS, que não existem no momento, "diz Michael Gaitan do Laboratório de Medição Física do NIST, que está trabalhando em parceria com o MEMS and Sensors Industry Group (MSIG) e o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos. "O teste foi relatado pelo MSIG como sendo metade do custo de fabricação para esses tipos de dispositivos. Os fabricantes não podem reduzir muito o custo de fabricação física. Mas eles podem encontrar economia na maneira como embalam, teste, e calibre os dispositivos. "

Quando baseado em MEMS, acelerômetros de três eixos são testados, eles são normalmente montados em um sistema de cardan e girados em torno de três eixos - x, y, e z - com medições feitas em diferentes orientações. As medidas são formatadas em uma grade de três por três, chamada de "matriz de sensibilidade cruzada, "usado pelos fabricantes para avaliar o desempenho do dispositivo. Ele especifica a relação entre a resposta de aceleração ao longo dos eixos do cardan e a resposta ao longo dos eixos do dispositivo em teste (DUT).

Esse processo, Contudo, assume que os três eixos do DUT são perfeitamente ortogonais - em ângulos retos entre si - e que o dispositivo foi montado em perfeito alinhamento com os eixos do cardan, que estão perfeitamente alinhados. E no caso de pacotes de acelerômetro de teste depois de serem integrados aos produtos, como telefones inteligentes, ele assume que o pacote foi instalado exatamente no alinhamento com os eixos da caixa do telefone. Mas nenhuma dessas condições é garantida, e pequenos desvios em qualquer uma das variáveis ​​podem explicar porque as medições da mesma unidade de teste feitas em laboratórios diferentes produzem valores diferentes.

"Então, em vez de usar a matriz de sensibilidade cruzada sozinha, "Gaitan diz, "estamos definindo o dispositivo como tendo propriedades intrínsecas nas quais os eixos do dispositivo não são considerados completamente ortogonais. Pode haver alguma variação em seu alinhamento."

No protocolo de medição do NIST, o DUT é montado na tabela de posição e taxa que gira o dispositivo com muita precisão em gradações específicas por 360 graus em cada um dos três eixos do cardan enquanto mede a resposta do dispositivo em cada intervalo. O protocolo revela o alinhamento do eixo interno do DUT, a magnitude da resposta de cada eixo em diferentes orientações, e seu "deslocamento de sinal" - a quantidade constante pela qual as leituras medidas diferem do valor "verdadeiro".

Com essa informação, um laboratório de padrões central, como o NIST, poderia caracterizar totalmente as propriedades intrínsecas de um ou mais DUTs e distribuir os dispositivos para outros laboratórios, que os usaria para comparar resultados e determinar, por exemplo, se as leituras foram distorcidas devido a erros de medição relacionados ao instrumento.

No início deste ano, O NIST adquiriu uma nova posição e tabela de taxas grande o suficiente para permitir medições em produtos inteiros que têm acelerômetros instalados. "Nosso sistema de cardan inicial era um instrumento menor, útil para fazer medições estáticas, "Gaitan diz.

"Mas agora podemos fazer medições dinâmicas em objetos tão grandes quanto um telefone celular. Podemos configurá-lo para rotação de estado estacionário como um toca-discos, e podemos acelerar a taxa de rotação. Isso nos permitirá fazer medições acima da aceleração da gravidade de 1g e medir a aceleração por rotação. "