单片集成加速度传感器ADXL50是美国AD公司的产品,其首要的特点是体积小、方向性好、精度高、时漂与温漂小;在+5 V单电源下作业,使用方便,所需外围元器材少;可靠性很高,在通电时能够接受500 g的加速度冲击,不加电时能够接受2 000 g的加速度冲击而不致损坏。 因而他特别适于在恶劣的工业环境与轿车测验体系中作业。
1 ADXL50的首要技术指标
丈量灵敏度为:19 mV/g;
满刻度丈量规模为:±50 g;
频率响应规模为:DC1 kHz;
在开关信号操控下可进行自检;
内置缓冲扩大器,可用于输出灵敏度及零加速度输出电平调理。
2 ADXL50作业原理
ADXL50是一个完好的加速度丈量体系,他将一个传感器部件和完结加速度丈量有关的电路,包含振荡器、解调器、前置扩大器、缓冲扩大器、参阅电源及温度补偿电路等,悉数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脚的界说如下:
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参阅电源输出;
⑦为自检数字信号输入;
⑧为前置扩大器输出;
⑨为缓冲扩大器输出;
⑩为缓冲扩大器反相输入。
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材的要害部件,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片中心片和彼此独立的2片固定片组成,2片固定片等距摆放在中心片的两边。 实践的传感器部件包含一组共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。
每片中心片和其两边的2片固定片构成一对电容Cs1和Cs2,Cs1和Cs2在电路上彼此串联,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))在通电时发生一对起伏持平,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心,此刻Cs1=Cs2,因而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,因为惯性,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,此刻Cs1与Cs2不持平(见图2),这就在中心片上发生一个电压信号, 此信号经解调器处理,再经前置扩大器扩大,在前置扩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。
3 ADXL50的根本丈量电路
用ADXL50构成的根本丈量电路如图1(a)所示。其间使用了3个外接电容和3个外接电阻。
C1为解调器电容,用以决议丈量体系的带宽,C2为振荡器去藕电容,C3为电源去藕%&&&&&%。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,厂家已将其前置扩大器后的丈量灵敏度调为 19 mV/g, 其0 g时的输出电压VPR为 1.8 V。因而,若加速度为±50g,则VPR=1.8±0.95V?, 若加速度为±20g ,则VPR=1.8±0.38V。因为在VPR上的信号不标准化,不适于直接读取进行显现或进行数字化处理。别的,ADXL50前置扩大器的注入电流最大只能有25 μA,驱动才干很小,因而,VPR上的信号要作进一步处理,才干满足需要。一般外接几个电阻,与缓冲扩大器构成一个扩大环节,以调整传感器的VPR的0 g电位,并进步输出信号的灵敏度。 经缓冲扩大后的加速度信号,其改变规模最好处于0.5~4.5V之间,使之距电源的凹凸两头都有必定的余量。若加速度正、负两方向的改变起伏附近,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的改变规模。设待测加速度的规模为±50 g,则VPR=1.8±0.95V,欲使Vout=2.5±?2.0V,就需将信号中的沟通重量扩大。由图2可知,缓冲扩大器的扩大系数为-R3/R1,所以,取R1=50 kΩ,即可确认R3=105 kΩ。