加速度传感器课程论

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1、ADXL05型单片加速度传感器的工作原理及实际应用姓名：杨锐电气四班（19）前言：单片加速度传感器的典型产品有美国ADI公司生产的ADXL05、ADXL105.、ADXL190、ADXL202和ADXL210，还有美国Motorola公司生产的MMA1200D、MMA120IP和MMA1220D。上述产品也称为加速度计(accelerometer)，可广泛用于工业、交通、地矿、建筑及军事领域，既可测量重力加速度，又可以测量由振动、冲击所产生的加速度、速度，位移等参数，还能取代水银式倾斜仪测量倾斜角。单片加速度传感器分模拟信号输出、数字信号输出两种形式，ADXL05、

2、ADXL105和MMA1200D均属于模拟电压输出式，ADXL202和ADXL210则属于数字输出式，或者能输出与加速度成比例关系的占空比信号。此外，ADXL05、ADXL105均属于单轴加速度传感器，只能测量沿X轴方向的加速度；ADXL202、ADXL210属于双轴加速度传感器，可同时测量沿X轴、Y轴两个方向的加速度。1、ADXL05的工作原理1.1性能特点（1）在ADXL05芯片中集成了一个完整的加速度测量系统，内部包含用单晶硅制成的电容式加速度传感器和信号调理器。最大外形尺寸仅为φ9.4x19（mm），质量为5g。(2)它属于力平衡式加速度传感器，测量加速度时

3、满量程为±1~±5g(lg=9.8m/s),具体量程可通过外围元件来设定。分辨力可达0.005g。加速度计的电压比例系数为200mv/g,满量程时的非线性误差为±0.2%，谐振频率为12kHz。（3）过载能力强，在0.5s内可承受1000g的冲击。外围电路简单。利用重力加速度可以校准传感器的极性。芯片还具有自检功能，可检测传感器或外围元件是否发生故障。（4）电源电压范围是+4.75～+5.25V，典型值为5V，工作电流约为8mA。1.2.工作原理1.2.1引脚功能ADXL05采用TO-100封装，引脚排列如图1-2-1所示。图1-2-1ADXL05的引脚功能在它的第

4、5、10脚之间有一个敏感轴，传感器对该方向上的惯性力（或振动）最为敏感。Ucc端接5V电源，COM为公共地。第2、3脚之间接电容C1，用以设定同步解调器的带宽。第4脚与地之间接入振荡器的退耦电容C2。Uref为内部3.4V基准电压输出端。ST4为自检电平输入端，接高电平后进入自检模式，只要Upr超出规定的电压范围，就判定芯片或外围元件发生故障。Upr为前置放大器输出端。Uo为缓冲放大器的输出端电压端。Uin-为缓冲放大器的反相输入端，可接由用户设定的输入电压。1.2.2工作原理ADXL05型单片加速传感器的内部电路框图如图1-2-2-1所示。图1-2-2-1ADXL

5、05单片加速度传感器的内部电路框图主要包括以下6部分：①1MHz方波振荡器；②加速度传感器；③同步解调器；④前置放大器A1；⑤基准电压源，可产生3.4、1.8V和0.2V三种基准电压，其中的3.4V基准电压从Uref引脚输出，1.8V作为缓冲放大器的参考电压；⑥缓冲放大器A2，其输出电压为U0。需要指出Urp、Uin、和U0端需通过电阻网络R1-R3相连，改变这些电阻值，即可设定输出电压的比例系数Kg。根据需要，还可接阻容网络，构成交流耦合式加速度计。C1用来设定同步解调器-3dB带宽，C2为振荡器退耦电容，C3为电源退耦电容。加速度传感器的内部结构如图1-2-2-

6、2所示。4图1-2-2-2加速度传感器的内部结构在工字梁上分布着46个敏感单元。图中的虚线框就表示其中一个敏感单元，内有一对平行板式差分电容Ca、Cb。电容的中心极板固定在工字梁上。图中的黑色区域表示支点。1MHz振荡器产生两路方波电压U1和U2，二者的相位依次为0、180，分别加至Ca、Cb。的上下极板上。极板面积为S，介电常数为。令加速度为零时两极板的距离为d，此时Ca=Cb=S/do.因为Ul、U2的幅度相等，相位差为180。所以Ul=—U2，二者互相抵消后，该敏感单元的输出电压Uo1=0，表示加速度为Og。当传感器受到方向向下的惯性力或冲击时，中心极板就产生

7、位移量d1，使差分电容星不对称结构，C。=eS/(do+d1)，Ch=eS/(do-d1),即Ca

8、R1=2时，