加速度传感器ADXL50的特性及其对测量精度的影响

2015-03-19 10:21:26   来源:eechina   

关键字: 加速度传感器  ADXL50  测量精度

单片集成加速度传感器ADXL50是美国AD公司的产品,其主要的特点是体积小、方向性好、精度高、时漂与温漂小;在+5 V单电源下工作,使用方便,所需外围元器件少;可靠性很高,在通电时可以承受500 g的加速度冲击,不加电时可以承受2 000 g的加速度冲击而不致损坏。 因此他特别适于在恶劣的工业环境与汽车测试系统中工作。

1 ADXL50的主要技术指标

测量灵敏度为:19 mV/g;
满刻度测量范围为:±50 g;
频率响应范围为:DC1 kHz;
在开关信号控制下可进行自检;
内置缓冲放大器,可用于输出灵敏度及零加速度输出电平调节。

2 ADXL50工作原理

ADXL50是一个完整的加速度测量系统,他将一个传感器部件和完成加速度测量有关的电路,包括振荡器、解调器、前置放大器、缓冲放大器、参考电源及温度补偿电路等,全部集成在一片硅晶片上。芯片封装在如图1(b)所示的10脚TO100管壳内。这10脚的定义如下:

①为5 V电源;
②,③为外接解调器电容;
④为振荡器去藕电容;
⑤为公共端;
⑥为3.4 V参考电源输出;
⑦为自检数字信号输入;
⑧为前置放大器输出;
⑨为缓冲放大器输出;
⑩为缓冲放大器反相输入。

图1(a)为加速度传感器的原理框图。 图中的传感器部件是整个器件的关键部件,其原理如图2所示。图2中只绘出了传感器部件的一个电容单元,他由1片中心片和相互独立的2片固定片组成,2片固定片等距排列在中心片的两侧。 实际的传感器部件包括一组共42片中心片,这些中心片固定在一个中心臂上,中心臂可带着42片中心片沿图中水平方向移动。

每片中心片和其两侧的2片固定片构成一对电容Cs1和Cs2,Cs1和Cs2在电路上相互串联,构成一个电容分压器,分压器的中点即为可移动的中心片。加速度传感器中的振荡器(见图1?(a))在通电时产生一对幅度相等,相位相反的1 MHz方波信号。这一对方波信号加在中心片侧不同的固定片上。无加速度时,中心片处于两固定片的中央,此时Cs1=Cs2,因此在电容分压器的中点即中心片上的电压为0。当传感器作加速运动时,由于惯性,中心臂带着中心片相对于固定片向着与加速度相反的方向运动,此时Cs1与Cs2不相等(见图2),这就在中心片上产生一个电压信号, 此信号经解调器处理,再经前置放大器放大,在前置放大器的输出端就得到一个与加速度成正比的电压信号VPR并接到ADXL50的第8脚上。  

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3 ADXL50的基本测量电路

用ADXL50构成的基本测量电路如图1(a)所示。其中使用了3个外接电容和3个外接电阻。

C1为解调器电容,用以决定测量系统的带宽,C2为振荡器去藕电容,C3为电源去藕电容。C1,C2的容量一般选用0?022 μF,C3一般为0.1 μF即可。

ADXL50在出厂前,厂家已将其前置放大器后的测量灵敏度调为 19 mV/g, 其0 g时的输出电压VPR为 1.8 V。因此,若加速度为±50g,则VPR=1.8±0.95V?, 若加速度为±20g ,则VPR=1.8±0.38V。由于在VPR上的信号不标准化,不适于直接读取进行显示或进行数字化处理。另外,ADXL50前置放大器的注入电流最大只能有25 μA,驱动能力很小,因此,VPR上的信号要作进一步处理,才能满足需要。一般外接几个电阻,与缓冲放大器构成一个放大环节,以调整传感器的VPR的0 g电位,并提高输出信号的灵敏度。 经缓冲放大后的加速度信号,其变化范围最好处于0.5~4.5V之间,使之距电源的高低两端都有一定的余量。若加速度正、负两方向的变化幅度相近,就可将0g电位调在2.5 V左右。这样,正、负加速度信号在传感器输出口Vout上就有±2 V的变化范围。设待测加速度的范围为±50 g,则VPR=1.8±0.95V,欲使Vout=2.5±?2.0V,就需将信号中的交流分量放大。由图2可知,缓冲放大器的放大系数为-R3/R1,所以,取R1=50 kΩ,即可确定R3=105 kΩ。
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编辑:什么鱼
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