加速度传感器ADXL50的特性及其对测量精度的影响

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:505

摘要：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，非常适用于恶劣的工业及汽车环境。本文将介绍该传感器的特性和使用方法，分析研究影响其测量精度的主要因素。

关键词：加速度传感器；adxl50；测量精度；单片集成电路

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。

1adxl50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。

2adxl50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。

3adxl50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±50　g，则vpr=1.8±0.95　v, 若加速度为±20　g ，则vpr=1.8±0.38　v。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0.5～4.5　v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0　g电位调在2.5 v左