基于MEMS加速度传感器的位移检测系统.pdf

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1、2014年第33卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)79基于MEMS加速度传感器的位移检测系统李光伟，董林玺(杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018)摘要：为了实现对物体运动位移的检测，设计了一种以国产高精度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心，24位高精度A／D转换器ADS1255，高性能ARM处理器LM3S2B93为主控制器的位移检测系统，并详细给出该系统的硬件电路及其软件算法设计。系统将传感器检测到的物体运动的加速度，经过积分算法转换为物体运动位移。实验结果表明：系统采样精度高、速度快、误差小，

2、A／D转换器对加速度信号的检测精度能达到0．4％，积分后对位移的测量精度能控制在3％左右，很好地实现了对运动位移的检测。关键词：微机电系统；传感器；加速度；位移；算法中图分类号：TN609文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)07-0079-03DisplacementdetectingsystembasedonMEMSaccelerationsensorLIGuang—wei，DONGLin-xi(CollegeofElectronicInformation，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：

3、Inordertorealizedetectionofmotiondisplacementofobjects，adisplacementdetectionsystemisdesigned，whichusesdomesticcapacitiveMEMSaccelerationsensorMSCA3002asacore，24-bithighprecisionA／Dconve~erADS1255andARMprocessorLM3$2B93asmaincontroller．Thehardwarecircuitandsoftwarealgorithmdesignofthesystemarein

4、troducedindetail．Theaccelerationdetectedbysensoristmnsformedtomotiondisplacementofobjectthroughintegralalgorithm．Theexperimentalresultsshowthatthesystemhashighsamplingprecision，highsamplingrateandsmallerror，detectionprecisionofA／Dconve~ertoaccelerationsignalcanreach0．4％，anddisplacementmeasuremen

5、tprecisioncanbecontrolledaround3％afterintegral，whichrealizesdetectionofmotiondisplacementverywel1．Keywords：MEMS；sensor；acceleration；displacement；algorithm0引言检测。MEMS加速度传感器具有精度高、灵敏度高、功耗低、1硬件电路设计体积小和线性度好等优点⋯，被广泛应用于振动位移检本位移检测系统采用MEMS加速度传感器实现对物测、系统定位、机械测量等领域。如文献[2]分析了MEMS体运动加速度的采集，并将产生的模拟电压信号进行除杂加速度传

6、感器直接用于位移测量的可行性，并给出了一种和转换，通过24位高精度A／D转换，主控制器选用基于滤波处理测量噪声的方法。文献[3]采用MEMS加速度传Cortex-M3内核的32位微处理器LM3$2B93，主要负责对感器，利用模拟二次积分电路实现对桥梁横向动位移的检A／D的控制和位移积分算法的实现，以实现对运动位置的测，实验结果稳定性好，可靠性高，但位移测量范围较小，只实时检测。系统结构框图如图1所示。有mm级。文献[4]采用MEMS加速度传感器对平面定位系统进行研究，系统的定位误差为5％左右。为了提高位移的测量范围和减小测量误差，本文设计图1系统结构框图了一种以中科院上海微系统与信息技

7、术研究所设计的高精Fig1Blockdiagramofsystemstructure度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心的位移检1．1传感器的选用测系统，结合积分算法，实现了对物体运动位移的实时为了实现对位移的检测，系统中采用MEMS~I速度收稿日期：2014-01-07传感器与微系统第33卷传感器MSCA3002对运动时的加速度信号进行采集。MSCA3002加速度传感器由电容式加速度敏感元件、混合信号闭环ASIC电路等在印制电路