Мікромеханічний акселерометр на рухомому об’єкті
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
х прискорень gПо всі осям по всьому діапазоні3.62Не лінійність %0.30.20.2Похибка встановлення, градус0.10.010.01Міжосьова похибка 2Чутливість Скважність %/g250c Xfilt,Yfilt-12.54Аналоговий вихід, мВ/g300312100Температурний дрейф, %/0c0.0150.50.5Шум:Спектральна щільність шуму
10-9g/X,Y280500500Z350--Частотні характеристикДіапазон частот, кГцX,Y
Без зовнішнього фільтру1.65 (аналогов.)5 (аналогов.)Z0.5--Резонансна частота датчика, кГц5.51014Рівень початкового зміщення вихідного сигналуПараметри умовиADXL330ADXL202ADXL210Скважність %-5050Вихідна напруга, В1.5--Температурний дрейф 10-3g/0c122ФільтрТехнологічний розкид величини внур. опору R, кОмМінімальна ємність фільтру пФ470010001000Режим само тестування зміна скважність %-+10+10Вхідна напруга 0 В+0.6Вхідна напруга 1 В+2.4Вихідна напруга Xout, мВ-150Вихідна напруга Yout, мВ+150Вихідна напруга Zout, мВ-60Джерело живленняДіапазон робочих напруг, В2.0-3.63.0-5.252.7-5.25Діапазон струмів, мкА320600600Час включення, мс 1160+0.3160+0.3Діапазон робочих температур-25…700…700…70Для 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 обєктами, 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 Гц11050100200500Ємність конденсатора фільтру мкФ4.70.470.100.050.0270.01Середнє квадратичне значення шуму,
x, y
0.351.122.503.545.017.92z0.441.43.134.436.259.90 Квазіпікове значення шуму (x,y) 1.404.4810.0014.1620.0431.68
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.
Рис.24. Сигнали на виході схеми ADXL330 в статичному режимі в залежності від орієнтації датчика відносно напряму сили тяжіння Землі
4.4. Особливості монтажу
При монтажі мікросхеми акселерометра ADXL330 необхідно дотримуватись обережності в звязку з мініатюрними розмірами корпусу. Для монтажу цього акселерометра розроблена спеціальна технологія пайки із застосуванням припою з великим вмістом свинцю, або пайки чистим свинцем. Весь цикл пайки здійснюється за 8 хвилин із заданою швидкістю підігріву і закінчуючи охолодженням, а також з фіксованою довжиною періоду максимального нагріву з обмеженням температури в 260 градусів. Технологія пайки наведена в технічному описі мікросхеми [1].
Всі виводи мікросхеми повинні бути припаяні до плати для забезпечення великої жорсткості конструкції і точності вимірювання.
Всі виводи напруги живлення і виводи загальної шини повинні бути зєднані між собою зовнішніми проводами. Для розвязки по колу живлення поблизу виводу мікросхеми між загальною шиною та шиною живлення необхідно поставити конденсатор ємністю 0.1 мкФ. При наявності на платі інших схем, які можуть утворювати шуми, рекомендується в коло живлення акселерометра додатково включати резистор з опором 100 Ом або дросель з ємністю фільтру по колу живлення до 1 мкФ.
Калібровку і повірку акселерометра ADXL330 здійснюють за допомогою входу ST (рис 21, табл. 1). В режимі тестування на вхід ST необхідно подати напругу живлення . Подача цієї напруги приводить до появи між підложкою і рухомим вузлом електростатичної сили, яка зміщує рухому частину електромеханічного вузла блоку сенсорів по трьом просторовим осям. В результаті сигнал на виході кожного каналу буде змінений наступним чином. При напрузі живлення 3В сигнал на виході каналу Х змінюється на (-150 мВ), що еквівалентно прискоренню
(-0.5 g). Сигнал на виході каналу У зміниться на (+150 мВ), що еквівалентно прискоренню (-0.5 g). а на виході каналу (Z 60 мВ), що еквівалентно прискоренню (-0.2 g).
В робочому режимі вихід ST може залишатись вільним або бути підключеним до загальної шини. Необхідно, щоб напруга на цьому виході не перевищувала (Vs +0.3).Для гарантованого обмеження напруги на виході ST акселерометра доцільно підключати діод у прямому підключенні з малим па