摘要：加速度傳感器被較多的用在汽車(chē)這個(gè)行業(yè)中，隨著汽車(chē)行業(yè)的興起，加速度傳感器也越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注，該文就主要介紹了ADXL105加速度傳感器的基本
工作原理及其實(shí)際應(yīng)用。

        ADXL105的特點(diǎn)及工作原理
　　
　　ADXL105加速度傳感器是AnalogDevices公司研制的單軸加速度測(cè)量系統(tǒng)，它具有模擬輸出、高性能、高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)。ADXL105內(nèi)部包含一個(gè)多硅表面微處理傳感器和BIMOS信號(hào)控制電路，故可形成開(kāi)環(huán)加速度測(cè)量結(jié)構(gòu)。與其它加速度計(jì)相比，ADXL105可以在很大程度上提高工作帶寬，并大幅度降低噪聲影響，0g偏差和溫度漂移也相對(duì)較低。測(cè)量范圍為-5～+5g；且分辨率很高，該器件可以分辨出低于2mg的加速度；ADXL105產(chǎn)生的一個(gè)模擬輸出電壓既可以用來(lái)測(cè)量靜態(tài)加速度(如重力加速度，或斜坡加速度等)，又可用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度(如振動(dòng)等)；且功耗極低(電流只有2mA)；zui大可以容忍1000g的加速度；比例因子可調(diào)。
　　
　　ADXL105在使用時(shí)，可將一個(gè)多硅線懸于晶體表面，以用來(lái)形成一個(gè)阻礙加速度的力。它使用一個(gè)由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的固定板以及與運(yùn)動(dòng)體相連的中間板組成的差動(dòng)電容器來(lái)測(cè)量該結(jié)構(gòu)的偏斜。固定板由一個(gè)180°的反向方波來(lái)驅(qū)動(dòng)，而由偏斜引起的加速度來(lái)使差動(dòng)電容器失衡，從而產(chǎn)生幅度與加速度成正比的方波輸出。然后采用相位解調(diào)技術(shù)校正信號(hào)，以確定加速度的方向。使用時(shí)ADXL105的0偏差及比例因子的初值，都要求進(jìn)行直流校正。加速度較小時(shí)，重力加速度的影響比較穩(wěn)定，故可獲取準(zhǔn)確易用的參考值。將ADXL105水平放在地表面上，此時(shí)加速度可認(rèn)為是0，輸出值即為加速度為0時(shí)的輸出電壓，讀取它。將加速度計(jì)旋轉(zhuǎn)90°，加速度為1g，讀取輸出值。再旋轉(zhuǎn)180°，加速度為－1g，讀取輸出值。為了獲取比較準(zhǔn)確的靈敏度，可采用以下公式：
　　
　　靈敏度＝(1g讀數(shù)－(－1g的讀數(shù)))/2Ｖ/g(1)
　　
　　這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于軸上信號(hào)與角度的余弦值可以成正比，從而減小加速度計(jì)沒(méi)有對(duì)齊所帶來(lái)的誤差。比方說(shuō)，如果有一個(gè)5°的方向偏差，測(cè)量結(jié)果只會(huì)產(chǎn)生0.4%的誤差。圖1所示是其等效的函數(shù)框圖。　　
　　圖1中主要包括三大部分：溫度傳感器，X傳感器以及一個(gè)放大器(UncommittedAmplifer)。其中，X傳感器的輸出為250mV/g，使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要自行設(shè)計(jì)電路，然后利用放大器UncommittedAmplifer放大來(lái)自X傳感器的信號(hào)，從而使放大器UncommittedAmplifer的輸出符合的A/D卡的輸入要求。
　　
　　ADXL105工作電路的設(shè)計(jì)
　　
　　車(chē)輛在行駛過(guò)程中，車(chē)輛振動(dòng)的頻率主要在1～80Hz的范圍內(nèi)，尤其以1～40Hz頻率范圍的振動(dòng)居多；而車(chē)輛傳給人體的振動(dòng)，主要是10Hz以下的寬帶隨機(jī)振動(dòng)。ADXL105加速度傳感器在低頻段具有很好的線性度，它能夠準(zhǔn)確有效的測(cè)量頻率zui低為1Hz。因而在進(jìn)行平順性評(píng)價(jià)時(shí)，能夠很好的滿(mǎn)足被測(cè)信號(hào)的頻率范圍。在車(chē)輛平順性評(píng)價(jià)的測(cè)試系統(tǒng)中，加速度傳感器ADXL105的工作電路如圖2所示。　　
　　在應(yīng)用電路中，加速度傳感器的供電電源的引腳VDD(也就是引腳13、14)，應(yīng)當(dāng)直接連接在一起。由于ADXL105的地輸出(也就是引腳8AOUT的輸出)是和ADXL105的供電電源成線性比例關(guān)系的，因此，應(yīng)在VDD和COM之間連接一個(gè)0.22μF電容來(lái)減小供電電源的噪聲。
　　
　　兩個(gè)通用引腳COM(也就是引腳4和引腳7)，應(yīng)直接相連在一起，并通過(guò)引腳7接地。引腳ST(引腳6)用來(lái)控制自檢，當(dāng)這個(gè)引腳被設(shè)置成電源引腳VDD時(shí)，靜電電壓施加在加速度計(jì)上，可能會(huì)引起電平的移動(dòng)，從而引起加速度計(jì)的輸出變化，這樣通過(guò)檢測(cè)輸出的變化就可以檢測(cè)加速度計(jì)的機(jī)械和電氣特性。當(dāng)加速度計(jì)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，這個(gè)引腳可以處于懸空狀態(tài)，或者連接到通用引腳COM上。
　　
　　在VDD等于5V的情況下，加速度計(jì)的AOUT(引腳8)輸出為250mV/g。由于250并不適合于所有的應(yīng)用場(chǎng)合，為了和后續(xù)的DSP輸入端所要求的電壓范圍相匹配，本設(shè)計(jì)在AOUT(引腳8)后邊增加了一個(gè)放大器UCA，以用來(lái)放大250mV/g。放大倍數(shù)可以自己選擇。常用增益見(jiàn)表1所列，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)電路實(shí)際需要選擇相應(yīng)的R1和R2來(lái)決定放大倍數(shù)。　　
　　在25℃時(shí)，ADXL105的溫度傳感器輸出TOUT為2.5V。通常情況下，溫度每變化1℃，輸出會(huì)變化8mV/℃。且溫度傳感器的輸出和電源電壓成線性比例關(guān)系。
　　
　　放大器UCA是低噪聲和低偏移的，可用來(lái)放大ADXL105的增益因子SCALE。其計(jì)算見(jiàn)公式(2)，具體使用方法見(jiàn)圖2所示。由于加速度傳感器ADXL105的0g偏移量是2.5V±625mV，因此，當(dāng)增益因子SCALE超過(guò)4時(shí)，UCA在0g的輸出可以在0～5V的范圍內(nèi)，這樣就可滿(mǎn)足很多應(yīng)用電路的輸入要求。其實(shí)現(xiàn)方法是增加一個(gè)電阻R3和一個(gè)變電阻VR1(如圖2所示)，這樣就把UCA變成了一個(gè)summingamplifier，調(diào)節(jié)VR1，就可以在0g時(shí)將UCA的輸出設(shè)置為VDD/2。
　　
　　在用加速度傳感器ADXL105進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電磁場(chǎng)對(duì)它的輸出一般不會(huì)產(chǎn)生影響。由于ADXL105是線性化的，因此傳輸?shù)诫娫措妷憾薞DD上的噪聲會(huì)影響加速度傳感器的輸出，而且在ADXL105的內(nèi)部時(shí)鐘頻率(200kHz)附近，噪聲對(duì)輸出的影響更大。因此，保持低噪聲，及保持電源電壓“干凈”就顯得尤為重要。
　　
　　ADXL105的測(cè)試
　　
　　加速度傳感器硬件電路設(shè)計(jì)完成后，可在加速度傳感器上施加＋5V電壓。這樣，當(dāng)傳感器水平放置時(shí)，在示波器上可測(cè)得其輸出為2.50V，垂直放置時(shí)，輸出為2.75V，倒立時(shí)，輸出為2.25V。在實(shí)驗(yàn)室中，一塊彈性板在激振器施加的正弦激勵(lì)作用下發(fā)生振動(dòng)，然后應(yīng)用加速度傳感器ADXL105對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，就可在低頻情況下很好地測(cè)試彈性板的振動(dòng)，這說(shuō)明ADXL105加速度傳感器能夠很好的測(cè)試低頻振動(dòng)，*可以滿(mǎn)足平順性評(píng)價(jià)中對(duì)于車(chē)輛振動(dòng)(1～80Hz)的測(cè)試要求。