Piccoli accelerometri integrati nelle ali degli aerei
Essendo il più ambizioso programma di ricerca aeronautica mai lanciato in Europa, Clean Sky intende accelerare gli sviluppi del progresso tecnologico e ridurre il tempo di commercializzazione per soluzioni nuove e maggiormente ecologiche, testate su dimostratori a grandezza naturale. Una creazione accelerata di nuovi design nel settore dell’aviazione, al fine di aumentare notevolmente le prestazioni ambientali del trasporto aereo, richiede un’innovazione su tutte le parti del velivolo. Nell’ambito del progetto MICRO-IMU, finanziato dall’UE, i ricercatori hanno lavorato per progettare un circuito integrato per applicazione specifica (ASIC, application-specific integrated circuit), ossia un microchip tale da permettere l’inserimento di accelerometri con sistemi microelettromeccanici. I ricercatori hanno combinato diversi blocchi funzionali su un singolo chip. I componenti principali del convertitore digitale/analogico e del blocco multiplexer sono degli interruttori necessari per eccitare gli elettrodi del sensore esterno. Alcuni transistor realizzati su misura sono stati implementati negli switch allo scopo di garantire un comportamento stabile, nell’intero intervallo di tensione. L’amplificatore di carica integrato è stato utilizzato per produrre un’uscita di tensione proporzionale al valore integrato della corrente di ingresso. Un ulteriore elemento integrato riguarda la sonda termica utilizzata per misurare la temperatura precisa del chip. Il valore viene quindi digitalizzato e memorizzato in un registro. Secondo le specifiche, la gamma di temperatura comprende i valori tra -55 e +110 °C. Il blocco di riferimento è rappresentato da un altro blocco principale del circuito integrato ASIC. Dei riferimenti di tensione molto precisi sono essenziali per il funzionamento relativo a convertitori ADC, amplificatore di carica e sonda di temperatura. È stata utilizzata una fonte esterna di riferimento, mentre le tensioni derivate possono essere compensate attraverso l’interfaccia seriale per stabilizzare gli errori di offset degli amplificatori. L’ASIC dispone di due interfacce per la comunicazione. A causa degli alti tassi di dati e del calcolo in tempo reale, la prima interfaccia seriale è utilizzata solo per la trasmissione dei dati di accelerazione, mentre la seconda interfaccia serve per la visualizzazione della temperatura misurata e per la scrittura della configurazione e del registro di regolazione. Per evitare interferenze tra gli ADC, ognuno è dotato dei propri riferimenti, che possono essere compensati separatamente. Il settore aeronautico si aspetta che questi sensori altamente compatti e leggeri vengano integrati nelle ali degli aerei. Grazie alla partecipazione al programma Clean Sky, il progetto MICRO-IMU contribuisce a una creazione accelerata di nuovi e più ecologici design per l’aviazione, allo scopo di proteggere l’ambiente.
Parole chiave
Accelerometri, ali di aerei, unità inerziale di misurazione, MICRO-IMU, circuito integrato per applicazione specifica
