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 ms1109 tilt pitch-roll and compass.doc 3/11/2010 19:02 Página: 1/5
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 ms1109 tilt pitch-roll and compass.doc 3/11/2010 19:02 Página: 2/5
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. ms1109 tilt pitch-roll and compass.doc 3/11/2010 19:02 Página: 3/5
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. ms1109 tilt pitch-roll and compass.doc 3/11/2010 19:02 Página: 4/5
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 ) ms1109 tilt pitch-roll and compass.doc 3/11/2010 19:02 Página: 5/5