ADXL50加快度传感器是集成在单片集成电路上的完全的加快度测量体系，异常实用于恶劣的工业及汽车情况。本文将介绍该传感器的特点和应用办法，分析研究影响其测量精度的重要身分。

单片集成加快度传感器ADXL50是美国AD公司的产品，其重要的特点是体积小、偏向性好、精度高、时漂与温漂小；在+5 V单电源下工作，应用便利，所需外围元器件少；靠得住性很高，在通电时可以遭受500 g的加快度冲击，不加电时可以遭受2 000 g的加快度冲击而不致破坏。 是以他特别适于在恶劣的工业情况与汽批驳试体系中工作。

1、ADXL50的重要技巧指标

测量灵敏度为：19 mV/g；
满刻度测量范围为：±50 g；
在开关旌旗灯号控制下可进行自检；
(3)尽管ADXL50中设置了补偿电路，但弗成能完全补偿。在加快度较小，温度变更大年夜时，温漂和时漂也会产生较大年夜的影响。可以采取测定加快度旌旗灯号交换分量，或周期攫取0 g值进行校订的办法改良。
内置缓冲放大年夜器，可用于输出灵敏度及零加快度输出电平调节。

2、ADXL50工作道理

频率响应范围为：DC1 kHz；
图1 加快度传感器道理框图及管脚图

ADXL50是一个完全的加快度测量体系，他将一个传感器部件和完成加快度测量有关的电路，包含振荡器、解调器、前置放大年夜器、缓冲放大年夜器、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；
⑥为3.4 V参考电源输出；
⑦为自检数字旌旗灯号输入；
⑧为前置放大年夜器输出； 沃森传感器
⑨为缓冲放大年夜器输出；
⑩为缓冲放大年夜器反相输入。

图1(a)为加快度传感器的道理框图。 图中的传感器部件是全部器件的关键部件，其道理如图2所示。图2中只绘出了传感器部件的一个电容单位，他由1片中间片和互相自力的2片固定片构成，2片固定片等距分列在中间片的两侧。 实际的传感器部件包含一组共42片中间片，这些中间片固定在一个中间臂上，中间臂可带着42片中间片沿图中程度偏向移动。

每片中间片和其两侧的2片固定片构成一对电容Cs1和Cs2，Cs1和Cs2在电路上互相串联，构成一个电容分压器，分压器的中点即为可移动的中间片。加快度传感器中的┞否荡器(见图1(a))在通电时产生一对幅度相等，相位相反的1 MHz方波旌旗灯号。这一对方波旌旗灯号加在中间片侧不合的固定片上。无加快度时，中间片处于两固定片的中心，此时Cs1=Cs2，是以在电容分压器的中点即中间片上的电压为0。当传感器作加快活动时，因为惯性，中间臂带着中间片相对于固定片向着与加快度相反的偏向活动，此时Cs1与Cs2不相等(见图2)，这就在中间片上产生一个电压旌旗灯号，此旌旗灯号经解调器处理，再经前置放大年夜器放大年夜，在前置放大年夜器的输出端就获得一个与加快度成正比的电压旌旗灯号VPR并接到ADXL50的第8脚上。

图2 传感器部件

3、ADXL50的根本测量电路
用ADXL50构成的根本测量电路如图1(a)所示。个中应用了3个外接电容和3个外接电阻。

C1为解调器电容，用以决定测量体系的带宽，C2为振荡器去藕电容，C3为电源去藕电容。C1，C2的容量一捌揭捉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年夜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。是以，若加快度为±50 g，则VPR=1.8±0.95 V，若加快度为±20 g ，则VPR=1.8±0.38 V。因为在VPR上的旌旗灯号不标准化，不适于直接攫取进行显示或进行数字化处理。别的，ADXL50前置放大年夜器的注入电流最大年夜只能有25 μA，驱动才能很小，是以，VPR上的旌旗灯号要作进一步处理，才能知足须要。一般外接几个电阻，与缓冲放大年夜器构成一个放大年夜环节，声调剂传感器的VPR的0 g登基，并进步输出旌旗灯号的灵敏度。 经缓冲放大年夜后的加快度旌旗灯号，其变更范围最好处于0.5～4.5 V之间，使之距电源的高低两端都有必定的余量。若加快度正、负两偏向的变更幅度邻近，就可将0 g登基调在2.5 V阁下。如许，正、负加快度旌旗灯号在传感器输出口Vout上就有±2 V的变更范围。设待测加快度典范围为±50 g，则VPR=1.8±0.95 V，欲使Vout=2.5±2.0 V，就需将旌旗灯号中的交换分量放大年夜。由图2可知，缓冲放大年夜器的放大年夜系数为-R3/R1，所以，取R1=50 kΩ，即可肯定R3=105 kΩ。

R3/R1=Vout变更量/VPR变更量=2.0/0.95=2.10
在图1(a)中，R2的一端接地，为使0 g时Vout=2.5 V，R2应知足下面的前提：

R2=(1.8 V×R3)/(Vout-1.8 V) =270 kΩ(1)
图3为一个更常用的电路。个中应用了ADXL50片内供给的3.4 V参考电压，增长了一个登基器Rt。这时的Vout由下式肯定：

Vout=R3/R1(1.8 V-VPR)+R3/R2(1.8 V-Vx)+1.8 V(2)

图3 ADXL50的常用电路

现举一例解释电路参数选择。 有一机械装配的┞俘向加快度最大年夜可达10 g，负向加快度最大年夜可达-2g，用ADXL50测量其力学特点，可按如下方法选择电路参数。此装配的加快度变更范围为10 g-(-2g)=12g。设输出电压Vout的变更范围为4.5 V-0.5 V=4.0 V，则体系的灵敏度为4.0 V/12 g=0.333 V/g。已知VPR脚上的灵敏度为0.019 V/g，是以缓冲放大年夜器的放大年夜系数应为0.333 V/0.019 V=17.53。由此得R3/R1=17.53。选择R1时要留意VPR口的注入电流不得大年夜于25 μA。选R1=25 kΩ，得R3=25kΩ×17.53=438kΩ。体系的0g登基可定为0.5 V+0.667 V=1.167 V，由式(2)得Vx=1.95 V。选R2=100 kΩ，调节Rt使Vx=1.95 V即可。

在进行电路设计时，应留意下面几点：

(1)选择R1时，要使前置放大年夜器的注入电流小于25 μA。

(2)在加快度较小时，例如小于±5 g时，测量旌旗灯号的信噪比会大年夜大年夜低于±50 g时的值。在带宽请求不高的情况下，可以恰当加大年夜解调器电容C1，降低一些传感器的响应速度以进步信噪比，或在缓冲放大年夜级中参加滤波环节改良之。



(4)ADXL50的工作是基于电容测量的机制，是以切忌在VPR脚上加接电容性的负载。此脚上加接10 pF的电容就会引起1 mV的旌旗灯号误差，传感器的旌旗灯号最好大年夜Vout脚输出。

4、ADXL50的自标定

若手边没有标准的加快度标定设备，应用地球的1 g重力加快度，可以用自标定办法很简便地将ADXL50的0 g登基与放大年夜倍数标定到较高的精度。图4表示在重力的感化下，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。当其灵敏轴垂直指向地表时，ADXL50显示-1 g读数，其灵敏轴垂直指向上方时，显示+1 g。其灵敏轴平行于地表时，ADXL50显示0 g，读数见图4。由图4所示取向可以标定ADXL50的0 g登基，可以标定ADXL50的缓冲级放大年夜倍数。起首，将ADXL50程度放置，选2个相差180°的地位，初步肯定0 g登基。再按图4所示，取2个相差180°的垂直偏向的输出登基，获得2 g的加快度变更及响应的传感器输出变更，以此调剂放大年夜级的放大年夜倍数。如斯反复两三次，即可达到较好的结不雅。

图4 ADXL50 取向

可以看出，Vout的0 g电压可在更大年夜典范围内调节，一般取R2=100 kΩ。
图5 ADXL50 的樊篱环

5、影响ADXL50测量精度的若干身分

加快度传感器 ADXL50 若应用欠妥，会产生较大年夜的测量误差，降低精度。在应用中要特别留意下面几点：

(1)ADXL50有一个灵敏轴，其偏向是大年夜第⑤脚指向第10脚(即指向管壳定位片)，传感器测量的就是沿此轴的加快度。设此轴为x轴，又设在传感器管壳底部平面内与x轴垂直的偏向为y轴。若加快度a的偏向与传感器底部xy平面之间的夹角为α，则加快度a在xy平面上的分量为axy=a×cos α。又设加快度分量axy与传感器灵敏轴之间的夹脚为α，则axy在灵敏轴上的分量为ax=axy×cos β=a×cos α×cosβ。 是以，在安装加快度传感器时，要尽量使其灵敏轴与加快度的偏向一致，不然就得对测量结不雅作须要的修改，以免造成过大年夜的误差。

(2)在幻想的情况下，任何与灵敏轴成直角的横向加快度都不会产生输出旌旗灯号。但若横向加快度的偏向与灵敏轴不是直角订交，就会产生输出旌旗灯号。设横向加快度axy在xy平面内，与加快度灵敏轴的夹角为α，他在x轴上的分量为ax=axy×cosα。设α为89°，axy就会在传感器上产生相当于1.7% axy的误差。


(3)ADXL50要安装在电路板上应用。在电路板的共振频率与待测加快度的频率邻近时，若电路板稍有松动，就会产生共振，使测量结不雅偏大年夜，造成误差。是以，在安装电路板时，要选择合适的地位，固定坚固。在对体系进行实验时，最好在不合的频率下测试，以便发明可能的共振问题。

(4)解调器滤波电容C1的感化一是决定ADXL50的带宽，二是对解调器旌旗灯号进行滤波。带宽由下式决定：
fdB=(28.6/C1)40%
⑤为公共端；


个中：C1的单位为μF。平日选用 C1=0.0022 μF，最小不低于0.0015 μF，以免造成体系不稳或振荡。

减小C1可以进步体系对快速加快度变更的反竽暌功速度，但会增大年夜解调器输出的噪声，因为体系的噪声与带宽的平方根成正比。可在缓冲放大年夜级中增长低通滤波功能以进步信噪比。在电路板设计时要留意减小或清除C1对地或对电源的漏电。电流大年夜C1两脚泄漏路径不均衡会使0 g电平漂移，影响很大年夜。可在印制电路板的两面制造如图5所示的樊篱环，樊篱环包含C1的两脚及连线，并与ADXL50的第④脚相通。使C1的两脚与ADXL50的第④脚大年夜致处于雷同的登基。留意樊篱环要尽量远离C1两脚及其连线。(end)