Quando laboratori diversi testano lo stesso accelerometro, come quello del tuo smartphone, spesso danno valori molto diversi. Ci sono diverse possibili ragioni:forse gli assi del sistema cardanico utilizzato nei test non sono perfettamente allineati, o gli assi interni del dispositivo in prova (DUT) stesso sono disallineati, o forse il DUT è montato in modo errato sul tavolo di prova. Per eliminare questi problemi, Gli scienziati del NIST stanno effettuando misurazioni per determinare le proprietà "intrinseche" del DUT, quelle che sono uniche per il dispositivo stesso. Questa dimostrazione video include filmati del tavolo cardanico ad alta precisione utilizzato per ruotare il DUT (in questo caso, uno smartphone) su tutti e tre gli assi contemporaneamente.
Gli accelerometri, dispositivi che misurano il cambiamento di velocità, sono integrati nelle automobili, aeroplani, telefono cellulare, pacemaker, e decine di altri prodotti. Avvertono di vibrazioni potenzialmente distruttive nelle apparecchiature industriali, edifici, e ponti; registrare le scosse sismiche; e guida i missili verso i loro bersagli.
Sempre più, sono miniaturizzati utilizzando tecnologie di sistemi microelettromeccanici (MEMS) con dimensioni dei componenti dell'ordine dei micrometri, e contemporaneamente registrare l'accelerazione in tutti e tre gli assi dello spazio tridimensionale. Poiché gli errori sono additivi quando si calcola la velocità dall'accelerazione, anche piccoli errori nell'output possono avere conseguenze molto gravi.
Tuttavia, quando le sensibilità a tre assi e le sensibilità agli assi incrociati di un dispositivo digitale a tre assi vengono testate in diversi laboratori di calibrazione, le misure possono variare sostanzialmente a seconda di fattori che possono essere difficili da determinare, ma spesso derivano da errori di allineamento delle apparecchiature di prova, l'allineamento interno degli accelerometri nel dispositivo, o entrambi.
Ora gli scienziati del NIST hanno ideato una metodologia progettata per ridurre o eliminare tali differenze caratterizzando le proprietà intrinseche di un accelerometro, quelle che sono uniche indipendentemente dal modo in cui è montato o testato, rendendo così possibili confronti interlaboratorio accurati.
"La determinazione delle proprietà intrinseche fa parte del più ampio sforzo del NIST per aiutare l'industria a sviluppare protocolli di test standard per le nuove tecnologie dei dispositivi basati su MEMS, che al momento non esistono, " dice Michael Gaitan del Physical Measurement Laboratory del NIST, che sta lavorando in collaborazione con il MEMS and Sensors Industry Group (MSIG) e l'Institute of Electrical and Electronics Engineers. "La MSIG ha riferito che i test sono pari alla metà del costo di produzione per questo tipo di dispositivi. I produttori non possono ridurre molto il costo della fabbricazione fisica. Ma possono trovare risparmi nel modo in cui confezionano, test, e calibrare i dispositivi."
Quando è basato su MEMS, vengono testati gli accelerometri a tre assi, sono tipicamente montati su un sistema cardanico e ruotati su tre assi:x, si, ez:con misurazioni effettuate con orientamenti diversi. Le misurazioni sono formattate in una griglia tre per tre, chiamata "matrice di sensibilità incrociata, " utilizzato dai produttori per valutare le prestazioni del dispositivo. Specifica la relazione tra la risposta di accelerazione lungo gli assi del gimbal alla risposta lungo gli assi del dispositivo in prova (DUT).
Quel processo, però, presuppone che i tre assi del DUT siano perfettamente ortogonali - ad angolo retto tra loro - e che il dispositivo sia stato montato in perfetto allineamento con gli assi cardanici, che sono essi stessi perfettamente allineati. E nel caso di test di pacchetti accelerometro dopo che sono stati integrati nei prodotti, come smartphone, presuppone che il pacchetto sia stato installato nell'esatto allineamento con gli assi della custodia del telefono. Ma nessuna di queste condizioni è garantita, e lievi deviazioni in una qualsiasi delle variabili possono spiegare perché le misurazioni della stessa unità di prova effettuate in laboratori diversi producono valori diversi.
"Quindi, invece di usare solo la matrice di sensibilità incrociata, "Gaitano dice, "stiamo definendo il dispositivo come dotato di proprietà intrinseche in cui gli assi del dispositivo non sono considerati completamente ortogonali. Potrebbe esserci qualche variazione nel loro allineamento".
Nel protocollo di misurazione del NIST, il DUT è montato sulla tabella di posizione e velocità che ruota in modo molto accurato il dispositivo in gradazioni specifiche di 360 gradi su ciascuno dei tre assi del gimbal misurando la risposta del dispositivo a ciascun intervallo. Il protocollo rivela l'allineamento dell'asse interno del DUT, l'ampiezza della risposta di ciascun asse in diversi orientamenti, e il suo "offset del segnale" - la quantità costante di cui le letture misurate differiscono dal valore "vero".
Con quelle informazioni, un laboratorio standard centrale come il NIST potrebbe caratterizzare completamente le proprietà intrinseche di uno o più DUT e distribuire i dispositivi ad altri laboratori, che li userebbe per confrontare i risultati e determinare, Per esempio, se le letture sono state distorte a causa di errori di misurazione relativi allo strumento.
All'inizio di quest'anno, Il NIST ha acquisito una nuova tabella di posizione e velocità sufficientemente grande da consentire misurazioni su interi prodotti con accelerometri installati. "Il nostro sistema cardanico iniziale era uno strumento più piccolo che era utile per effettuare misurazioni statiche, "dice Gaitano.
"Ma ora possiamo effettuare misurazioni dinamiche su oggetti grandi come un telefono cellulare. Possiamo impostarlo su una rotazione stazionaria come un giradischi, e possiamo accelerare la velocità di rotazione. Ciò ci consentirà di effettuare misurazioni al di sopra dell'accelerazione di gravità di 1 g e di misurare l'accelerazione per rotazione".
