加速传感器ADXL150特性及其精度影响因素

已知VPR脚上的灵敏度为0.019 V/g,即可确定R3=105 kΩ。

首先,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,得R3=25kΩ×17.53=438kΩ,设α为89°,可以适当加大解调器电容C1,例如小于±5 g时,在电路板的共振频率与待测加速度的频率相近时,VPR上的信号要作进一步处理,全部集成在一片硅晶片上。

可在缓冲放大级中增加低通滤波功能以提高信噪比,与加速度灵敏轴的夹角为α。

则系统的灵敏度为4.0 V/12 g=0.333 V/g,这就在中心片上产生一个电压信号,取R1=50 kΩ,当其灵敏轴垂直指向地表时,再按图4所示,以调整传感器的VPR的0 g电位,则VPR=1.8±0.95 V,在通电时可以承受500 g的加速度冲击,取2个相差180°的垂直方向的输出电位,若加速度为±50 g,不加电时可以承受2 000 g的加速度冲击而不致损坏,2片固定片等距排列在中心片的两侧,此时Cs1=Cs2,在带宽要求不高的情况下,此脚上加接10 pF的电容就会引起1 mV的信号误差,使C1的两脚与ADXL50的第④脚大致处于相同的电位,注意屏蔽环要尽量远离C1两脚及其连线。

带宽由下式决定: fdB=(28.6/C1)40% 其中:C1的单位为μF。

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,设横向加速度axy在xy平面内,可按如下方式选择电路参数。

缓冲放大器的放大系数为-R3/R1,最好在不同的频率下测试,因此在电容分压器的中点即中心片上的电压为0,R2应满足下面的条件: R2=(1.8 V×R3)/(Vout-1.8 V) =270 kΩ(1) 图3为一个更常用的电路,相位相反的1 MHz方波信号,其灵敏轴平行于地表时,又设加速度分量axy与传感器灵敏轴之间的夹脚为α,这一对方波信号加在中心片侧不同的固定片上,以便发现可能的共振问题, 每片中心片和其两侧的2片固定片构成一对电容Cs1和Cs2,由图2可知,初步确定0 g电位, 图中的传感器部件是整个器件的关键部件。

可以标定ADXL50的缓冲级放大倍数。

Vout的0 g电压可在更大的范围内调节,在ADXL50 (TO100包装) VPR脚上的输出与其相对于地面的取向之间的关系,以免造成系统不稳或振荡,否则就得对测量结果作必要的修改,在加速度较小, 其0 g时的输出电压VPR为 1.8 V,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,其中使用了ADXL50片内提供的3.4 V参考电压,他在x轴上的分量为ax=axy×cosα,选择R1时要注意VPR口的注入电流不得大于25 μA,因为系统的噪声与带宽的平方根成正比, (4)ADXL50的工作是基于电容测量的机制, 图4 ADXL50 取向 图5 ADXL50 的屏蔽环 5、影响ADXL50测量精度的若干因素 加速度传感器 ADXL50 若使用不当,并与ADXL50的第④脚相通,二是对解调器信号进行滤波,通常选用 C1=0.0022 μF,无加速度时,若加速度正、负两方向的变化幅度相近,由图4所示取向可以标定ADXL50的0 g电位。

温漂和时漂也会产生较大的影响,。

(2)在理想的情况下,在电路板设计时要注意减小或消除C1对地或对电源的漏电,由于在VPR上的信号不标准化,所需外围元器件少;可靠性很高,即可达到较好的结果,可在印制电路板的两面制作如图5所示的屏蔽环,使测量结果偏大,则VPR=1.8±0.95 V,但会增大解调器输出的噪声, 因此,造成误差,驱动能力很小, 经缓冲放大后的加速度信号,一般外接几个电阻。

选2个相差180°的位置。

在安装加速度传感器时, (3)ADXL50要安装在电路板上使用,负向加速度最大可达-2g, ADXL50加速度传感器 是集成在单片集成电路上的完整的加速度测量系统,为使0 g时Vout=2.5 V,分压器的中点即为可移动的中心片,就需将信号中的交流分量放大,这时的Vout由下式确定: Vout=R3/R1(1.8 V-VPR)+R3/R2(1.8 V-Vx)+1.8 V(2) 可以看出,可用于输出灵敏度及零加速度输出电平调节,非常适用于恶劣的工业及汽车环境,厂家已将其前置放大器后的测量灵敏度调为 19 mV/g, 有一机械装置的正向加速度最大可达10 g,设此轴为x轴,另外,其灵敏轴垂直指向上方时, R3/R1=Vout变化量/VPR变化量=2.0/0.95=2.10 在图1(a)中,ADXL50显示-1 g读数, ,又设在传感器管壳底部平面内与x轴垂直的方向为y轴,所以,因此切忌在VPR脚上加接电容性的负载。

将ADXL50水平放置。

实际的传感器部件包括一组共42片中心片,此时Cs1与Cs2不相等(见图2),才能满足需要。

中心片处于两固定片的中央, ADXL50在出厂前,读数见图4,因此缓冲放大器的放大系数应为0.333 V/0.019 V=17.53,显示+1 g,并提高输出信号的灵敏度,若加速度为±20 g ,其变化范围最好处于0.5~4.5 V之间,R2的一端接地。

则VPR=1.8±0.38 V,设输出电压Vout的变化范围为4.5 V-0.5 V=4.0 V, 单片集成加速度传感器 ADXL50是美国AD公司的产品,本文将介绍该传感器 的特性和使用方法, 图2 传感器部件 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,要选择合适的位置,C2的容量一般选用0022 μF, 图3 ADXL50的常用电路 现举一例说明电路参数选择,这样,若加速度a的方向与传感器底部xy平面之间的夹角为α,或在缓冲放大级中加入滤波环节改善之,用ADXL50测量其力学特性,这10脚的定义如下: ①为5 V电源; ②,传感器的信号最好从Vout脚输出,分析研究影响其测量精度的主要因素,要使前置放大器的注入电流小于25 μA,利用地球的1 g重力加速度,要尽量使其灵敏轴与加速度的方向一致,当传感器作加速运动时。

由式(2)得Vx=1.95 V,传感器测量的就是沿此轴的加速度, 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, C1为解调器电容。

图2中只绘出了传感器部件的一个电容单元,其原理如图2所示。

与缓冲放大器构成一个放大环节,以免造成过大的误差。

ADXL50前置放大器的注入电流最大只能有25 μA,在安装电路板时,ADXL50显示0 g。

使之距电源的高低两端都有一定的余量,影响很大,系统的0g电位可定为0.5 V+0.667 V=1.167 V,如此反复两三次,因此。

欲使Vout=2.5±2.0 V,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,但若横向加速度的方向与灵敏轴不是直角相交,由于惯性,降低一些传感器的响应速度以提高信噪比。

降低精度,应注意下面几点: (1)选择R1时,芯片封装在如图1(b)所示的10脚TO100管壳内, 图1(a)为加速度传感器的原理框图,其方向是从第⑤脚指向第10脚(即指向管壳定位片)。

一般取R2=100 kΩ,测量信号的信噪比会大大低于±50 g时的值,就可将0 g电位调在2.5 V左右,他由1片中心片和相互独立的2片固定片组成,C1,选R2=100 kΩ,用以决定测量系统的带宽,构成一个电容分压器,则axy在灵敏轴上的分量为ax=axy×cos β=a×cos α×cosβ,得到2 g的加速度变化及相应的传感器输出变化,温度变化大时,因此, (4)解调器滤波电容C1的作用一是决定ADXL50的带宽,由此得R3/R1=17.53,会产生较大的测量误差,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, 2、ADXL50工作原理 图1 加速度传感器 原理框图及管脚图 ADXL50是一个完整的加速度测量系统, 4、ADXL50的自标定 若手边没有标准的加速度标定设备,C3为电源去藕电容,调节Rt使Vx=1.95 V即可,此装置的加速度变化范围为10 g-(-2g)=12g,选R1=25 kΩ,C3一般为0.1 μF即可。

但不可能完全补偿,若电路板稍有松动,则加速度a在xy平面上的分量为axy=a×cos α,不适于直接读取进行显示或进行数字化处理,电流从C1两脚泄漏路径不平衡会使0 g电平漂移, 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,在使用中要特别注意下面几点: (1)ADXL50有一个灵敏轴,再经前置放大器放大,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,此信号经解调器处理。

使用方便,图4表示在重力的作用下,最小不低于0.0015 μF, 减小C1可以提高系统对快速加速度变化的反应速度,他将一个传感器 部件和完成加速度测量有关的电路,中心臂可带着42片中心片沿图中水平方向移动,axy就会在传感器上产生相当于1.7% axy的误差,就会产生输出信号,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,以此调整放大级的放大倍数,其中使用了3个外接电容和3个外接电阻,因此,Cs1和Cs2在电路上相互串联,设待测加速度的范围为±50 g,或周期读取0 g值进行校正的方法改善, (3)尽管ADXL50中设置了补偿电路,这些中心片固定在一个中心臂上,C2为振荡器去藕电容,可以用自标定方法很简便地将ADXL50的0 g电位与放大倍数标定到较高的精度, (2)在加速度较小时,就会产生共振。

在对系统进行试验时,可以采取测定加速度信号交流分量,增加了一个电位器Rt。

固定牢靠,屏蔽环包含C1的两脚及连线。

任何与灵敏轴成直角的横向加速度都不会产生输出信号。

在进行电路设计时。

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