Мікромеханічний акселерометр на рухомому об’єкті (стр. 6 из 12)

Еквівалентна схема сенсора з використанням диференційного конденсатора представлена на рис. 23,г. Як видно з представленої схеми, ємності С1 та С2 утворюють ємнісний дільник напруги, до середньої точки якого підключений вхід допоміжного підсилювача з вхідним опором. Коефіцієнт передачі ємнісного дільника kn в цьому випадку дорівнює 0.5. Сигнал Umax, що знімається з рухомої частини П1, представляє собою постійну напругу Um/2 (синя лінія на рис. 23,а) оскільки в першому напівперіоді вимірювального сигналу до дільника прикладені напруги U1=0 та U2=Um, а в другому напівперіоді - навпаки U1=Um та U2=0. При зміщенні сигнальної пластини П1 вліво за рахунок дії сили інерції (рис. 23,б) С1>С2, коефіцієнт ділення kn для сигналу U1 більше за 0.5, а для сигналу U2 менше, ніж 0.5, що призводить до формування на пластині П1 напруги Uвих, яка містить постійну складову, рівну Um/2, і змінну складову, по формі співпадаючу з вимірювальним сигналом U1. Амплітуда змінної складової залежить від відношення ємностей С1 і С2.

Демодуляція сигналу з виходу допоміжного підсилювача здійснюється шляхом синхронного детектування, для чого в блок демодулятора в якості опорного подається один з вимірювальних сигналів, (рис. 21). Сигнал на виході блоку демодуляторів при використанні напруги U1 в якості опорного сигналу показаний на рис. 23 червоною лінією.

В таблиці 2 для порівняння приведені параметри декількох акселерометрів.

Параметри акселерометрів ADXL330 ADXL202/ADXL210Таблиця 2

Параметри			умови	ADXL330	ADXL202	ADXL210
Первічний датчик
Діапазонвимірюваних прискорень g			По всі осям по всьому діапазоні	3.6	2
Не лінійність %				0.3	0.2	0.2
Похибка встановлення, градус				0.1	0.01	0.01
Міжосьова похибка %				1	2	2
Чутливість
Скважність %/g			250c Xfilt,Yfilt	-	12.5	4
Аналоговий вихід, мВ/g				300	312	100
Температурний дрейф, %/0c				0.015	0.5	0.5
Шум:
Спектральна щільність шуму 10-9g/		X,Y		280	500	500
		Z		350	-	-
Частотні характеристик
Діапазон частот, кГц	X,Y		Без зовнішнього фільтру	1.6	5 (аналогов.)	5 (аналогов.)
	Z			0.5	-	-
Резонансна частота датчика, кГц			5.5	10	14
Рівеньпочаткового зміщеннявихідного сигналу
Параметри			умови	ADXL330	ADXL202	ADXL210
Скважність %				-	50	50
Вихідна напруга, В				1.5	-	-
Температурний дрейф 10-3g/0c				1	2	2
Фільтр
Технологічний розкид величини внур. опору R, кОм
Мінімальна ємність фільтру пФ				4700	1000	1000
Режим само тестування
зміна скважність %				-	+10	+10
Вхідна напруга «0» В				+0.6
Вхідна напруга «1» В				+2.4
Вихідна напруга Xout, мВ				-150
Вихідна напруга Yout, мВ			+150
Вихідна напруга Zout, мВ			-60
Джерело живлення
Діапазон робочих напруг, В			2.0-3.6	3.0-5.25	2.7-5.25
Діапазон струмів, мкА			320	600	600
Час включення, мс				1	160 +0.3	160 +0.3
Діапазон робочих температур			-25…70	0…70	0…70

Для обмеження смуги частот вихідного аналового сигналу до кожного виходу датчика необхідно підключити конденсатор, який разом з внутрішнім резистором є фільтром низьких частот (ФНЧ). Ємність конденсатора Cfit можна визначити з відношення для частоти зрізу ФНЧ:

(6)

де

- частота зрізу ФНЧ на рівні -3ДБ, Гц

4.3.Характеристики акселерометру ADXL330

При розробці систем керування з об’єктами, які використовують акселерометри серії ADXL, слід врахувати, що звуження смуги частот вихідного сигналу дозволяє збільшити точність вимірювання завдяки зменшенню впливу внутрішніх шумів вимірювальної системи. В системах вимірювання прискорення прийнято використовувати одиниці, які є похідними від прискорення вільного падіння

.

Середнє квадратичне значення рівня шуму на виході мікросхеми ADXL330 визначається відношенням:

(7)

де n – спектральна щільність шуму, виражена в міліонних долях прискорення вільного падіння

; BW- ширина смуги частот вихідного сигналу на рівні 3дБ; k- технологічний параметр, який для ADXL330 є рівним 1.6.

Середнє квадратичне і квазіпікове значення рівня шуму на виході вимірювання прискорень із застосуванням акселерометра ADXL330, розраховані для різних значень ширини смуги частот вихідного сигналу відповідно за виразами (6) і (7), приведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Рівень шуму на виході системи вимірювання прискорень ADXL330

Смуга частот вихідного сигналу Гц
1	10	50	100	200	500
Ємність конденсатора фільтру мкФ		4.7	0.47	0.10	0.05	0.027	0.01
Середнє квадратичне значення шуму,	x, y	0.35	1.12	2.50	3.54	5.01	7.92
	z	0.44	1.4	3.13	4.43	6.25	9.90
Квазіпікове значення шуму (x,y)		1.40	4.48	10.00	14.16	20.04	31.68

Спектральна щільність шуму для вимірювальних каналів x і y мікросхеми ADXL330 однакова і складає (при напрузі живлення 3В)

а для каналу z - [1].

Квазіпікове значення шуму з вірогідністю 95% не перевищує 4N. При збільшенні напруги живлення рівень вихідного сигналу збільшується пропорційно цій зміні, а відносно рівня шуму зменшується, таким чином він залежить від температури нагріву електронних компонентів і залишається практично незмінним.

Значення вихідних сигналів ADXL330 в статичному режимі в залежності від орієнтації мікросхеми показано на рис. 24.