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摘要：ADXL50加速度传感器是集成在单片集成电路上的完整的加速度测量系统，非常适用于恶劣的工业及汽车环境。本文将介绍该传感器的特性和使用方法，分析研究影响其测量精度的主要因素。
单片集成加速度传感器ADXL50是美国AD公司的产品，其主要的特点是体积小、方向性好、精度高、时漂与温漂小；在+5 V单电源下工作，使用方便，所需外围元器件少；可靠性很高，在通电时可以承受500 g的加速度冲击，不加电时可以承受2 000 g的加速度冲击而不致损坏。 因此他特别适于在恶劣的工业环境与汽车测试系统中工作。
1、ADXL50的主要技术指标
测量灵敏度为：19 mV/g；
满刻度测量范围为：±50 g；
频率响应范围为：DC1 kHz；
在开关信号控制下可进行自检；
内置缓冲放大器，可用于输出灵敏度及零加速度输出电平调节。
2、ADXL50工作原理
图1 加速度传感器原理框图及管脚图
ADXL50是一个完整的加速度测量系统，他将一个传感器部件和完成加速度测量有关的电路，包括振荡器、解调器、前置放大器、缓冲放大器、参考电源及温度补偿电路等，全部集成在一片硅晶片上。芯片封装在如图1（b）所示的10脚TO100管壳内。这10脚的定义如下：
①为5 V电源；
②，③为外接解调器电容；
④为振荡器去藕电容；
⑤为公共端；
⑥为3.4 V参考电源输出；
⑦为自检数字信号输入；
⑧为前置放大器输出；
⑨为缓冲放大器输出；
⑩为缓冲放大器反相输入。
图1（a）为加速度传感器的原理框图。 图中的传感器部件是整个器件的关键部件，其原理如图2所示。图2中只绘出了传感器部件的一个电容单元，他由1片中心片和相互独立的2片固定片组成，2片固定片等距排列在中心片的两侧。 实际的传感器部件包括一组共42片中心片，这些中心片固定在一个中心臂上，中心臂可带着42片中心片沿图中水平方向移动。
每片中心片和其两侧的2片固定片构成一对电容Cs1和Cs2，Cs1和Cs2在电路上相互串联，构成一个电容分压器，分压器的中点即为可移动的中心片。加速度传感器中的振荡器（见图1(a)）在通电时产生一对幅度相等，相位相反的1 MHz方波信号。这一对方波信号加在中心片侧不同的固定片上。无加速度时，中心片处于两固定片的中央，此时Cs1=Cs2，因此在电容分压器的中点即中心片上的电压为0。当传感器作加速运动时，由于惯性，中心臂带着中心片相对于固定片向着与加速度相反的方向运动，此时Cs1与Cs2不相等(见图2)，这就在中心片上产生一个电压信号, 此信号经解调器处理，再经前置放大器放大，在前置放大器的输出端就得到一个与加速度成正比的电压信号VPR并接到ADXL50的第8脚上。
图2 传感器部件
3、ADXL50的基本测量电路
用ADXL50构成的基本测量电路如图1（a）所示。其中使用了3个外接电容和3个外接电阻。
C1为解调器电容，用以决定测量系统的带宽，C2为振荡器去藕电容，C3为电源去藕电容。C1，C2的容量一般选用0022 μF，C3一般为0.1 μF即可。
ADXL50在出厂前，厂家已将其前置放大器后的测量灵敏度调为 19 mV/g, 其0 g时的输出电压VPR为 1.8 V。因此，若加速度为±50 g，则VPR=1.8±0.95 V, 若加速度为±20 g ，则VPR=1.8±0.38 V。由于在VPR上的信号不标准化，不适于直接读取进行显示或进行数字化处理。另外，ADXL50前置放大器的注入电流最大只能有25 μA，驱动能力很小，因此，VPR上的信号要作进一步处理，才能满足需要。一般外接几个电阻，与缓冲放大器构成一个放大环节，以调整传感器的VPR的0 g电位，并提高输出信号的灵敏度。 经缓冲放大后的加速度信号，其变化范围最好处于0.5～4.5 V之间，使之距电源的高低两端都有一定的余量。若加速度正、负两方向的变化幅度相近，就可将0 g电位调在2.5 V左右。这样，正、负加速度信号在传感器输出口Vout上就有±2 V的变化范围。设待测加速度的范围为±50 g，则VPR=1.8±0.95 V，欲使Vout=2.5±2.0 V，就需将信号中的交流分量放大。由图2可知，缓冲放大器的放大系数为-R3/R1，所以，取R1=50 kΩ，即可确定R3=105 kΩ。 | 
