Рис.18. Маятник акселерометра: а) схема підвісу; б) підключення електродів датчика переміщення для лінійного акселерометра; в) підключення електродів для кутового акселерометра; 1- нерухома пластина; 2- пружний підвіс; 3- рухомий елемент підвісу (маятник).
Рухома пластина 3 являється маятником, який за допомогою чотирьох пружних перемичок підвісу 2 з’єднаний з базовою пластиною 1. Вся маятникова система може бути виконана з монокристалічного кремнію анізотропним травленням. Торцеві поверхні бази 1 можуть бути з’єднані зі скляними боросілікатними кришками, наприклад, електростатичною зваркою. Рухома пластина є одночасно центральним електродом ємнісного датчика переміщень.
4.2. Структура та принцип дії акселерометра фірми AnalogDevices типу ADXL
Рис.19. Конфігурація чутливого елемента акселерометра: а) спокій; б) при дії прискорення.
На нерухомі частини конденсатора чутливого елементу подаються протифазні прямокутні імпульси 1 МГц: амплітуди обох прямокутних імпульсів дорівнюють один одному, але зсунуті по фазі на 180. В спокої ємність двох конденсаторів рівна, тому вихідна напруга на їх електричному центрі (н центральній пластині прикріпленій до середньої балки) дорівнює 0.
Коли балка починає рухатись, то різниця ємностей приводить до появи вихідного сигналу на центральній пластині. Амплітуда сигналу буде збільшуватись із збільшенням прискорення, прикладеного до чутливого елементу.
Принцип вимірювання прискорення ілюстрований блок-схемою на рис.20.
Рис.20. Блок-схема акселерометра
Центральна пластина через підсилювач У1 підключена до синхронного детектора. Напрям руху балки впливає на фазу сигналу тому синхронне детектування використовується для виділення інформації про амплітуду. Вихід синхронного детектора через підсилювач У2 забезпечує вихідну напругу прискорення V.
Акселерометри цієї серії можуть найти застосування: при вимірюванні кутів нахилу в автомобільних сигнальних пристроях; при реакції на інерційні сили для захисту дисків в ноутбуках, в чутливих елементах подушок безпеки, в системах навігації автомобіля, в системах контролю ліфту, при наявності вібрації та ударів в системах керування станками та контролю вібростендів.
Розглянемо акселерометр останнього покоління – це трьоосний акселерометр фірми AnalogDevices типу ADXL.
Акселерометр ADXL330 виготовляється в мініатюрному пластмасовому корпусі типу LFCSP_LQрозміром : 4*4*1.5 мм.
Розглянемо наведену на рис.21 функціональну блок-схему акселерометра ADXL330.
Блок сенсорів мікросхеми включає в себе три чутливих елементи, кожний з яких орієнтований в напрямку однієї з ортогональних осей: x, y, z . Розташування осей відносно корпусу мікросхеми показано на рис. 22. Технологічна похибка орієнтації осей сенсорів відносно просторових осей при виготовлені та установці не перевищує 0.1 градус. Наявність технологічної похибки приводить до виникнення систематичної між осевої похибки вимірювання, яка може бути повністю скомпенсована на системному рівні
Рис. 22 Орієнтація осей відносно корпуса акселерометра
Канал формування вихідного сигналу відповідного прискорення вздовж відповідної осі складається з ємнісного сенсора, допоміжного підсилювача, демодулятора сигналу сенсора, кінцевого підсилювача і зустрічного ортогонального резистора Rfiltrз опором 32 кОм, який одночасно є елементом вихідного фільтру нижніх частот. В таблиці 1 наведені дані щодо призначення виводів мікросхеми.
Призначення виводу мікросхеми ADXL330 Таблиця 1
Блок сенсорів прискорення мікросхеми, що містить ADXL330, представляє собою електромеханічний вузол, включаючий в себе рухому і статичну частину. Рухома частина – це мініатюрна спеціально оброблена деталь, на поверхні якої сформовані рухомі обкладки трьох диференційних конденсаторів. Рухома частина за допомогою виготовлених з полікремневих пружинок підвішена над поверхнею підложки мікросхеми, на якій сформовані статичні елементи блоку сенсорів. Застосування єдиного вузла для створення трьох датчиків прискорення дозволяє досягнути високої ортогональності взаємного розташування датчиків і, як наслідок - малого рівня міжосьових перешкод.
Пружинки системи підвісу рухомого вузла забезпечують гальванічний контакт з рухомими обкладками диференційних конденсаторів. Під дією сил інерції або земного тяжіння рухома частинам електромеханічного вузла може відхилятись у будь-якому напрямку в заданих межах. На поверхні підложки напроти обкладки кожного з диференційних конденсаторів, розташованих на рухомому вузлі, знаходяться нерухомі обкладки. Сигнал на виході кожного диференційного конденсатора залежить від величини зміщення рухомої частини конденсатора, зумовленого відхиленням рухомої частини електромеханічного вузла від нейтрального положення відносно відповідних частин на підложці. Принцип формування сигналу на виході диференційного конденсатора проілюстровано на рис. 23. Для вимірювання прискорення за допомогою ємнісного сенсора, побудованого із застосуванням диференційного конденсатора, в акселерометрах серії ADXL компанії Analog Devices використовується два частотних протифазних вимірювача сигналу U1 і U2. Сигнали представляють собою коливання типу «меандр», які формуються внутрішнім генератором вимірювальних сигналів.
Диференційний конденсатор складається з пластини П1, яка знаходиться на рухомому вузлі, і пластин П2 і П3, розташованих на підложці. Як видно з рис.23, нерухома обкладка цього конденсатора виготовлена у вигляді двох пластин, що мають однакову форму і розміри поверхні.
Рис .23 . Формування сигналів на виході диференційного конденсатора при нейтральному положенні рухомої обкладки а) зміщення рухомої обкладки вліво, б) зміщення рухомої обкладки вправо; в) еквівалентна схема сенсора з використанням диференційного конденсатора.
Всі елементи диференційного конденсатора виготовлені з полікремнія і є хорошими провідниками в діапазоні робочих температур. На кожній з пластин диференційного конденсатора є контакт для підводу вимірювального сигналу. При відсутності зовнішнього механічного збудження (рис. 23,а) рухома частина диференційного конденсатора П1 знаходиться в середньому положенні, парціальні ємності С1 і С2, утворені кожною пластиною нерухомої обкладки (П2,П3) і рухомою обкладкою конденсатора (П1), будуть рівні між собою [1].
до 
. Частотний діапазон акселерометра (0-100) кГц. 
Схема кремнієвого чутливого елементу показана на рис.19,а, а його конфігурація при дії прискорення на рис.19,б [5]
