Банк Рефератов - Мікромеханічний акселерометр на рухомому об’єкті

Рефераты. Мікромеханічний акселерометр на рухомому об’єкті

Рис.16. Гібридний акселерометр компенсаційного типу (схема підвісу)

Маятником може слугувати як внутрішня, так і зовнішня пластина. Акселерометр має гібридну конструкцію – датчик моменту контуру зворотнього зв’язку виконаний по традиційній технології і має нерухомий постійний магніт та обмотку на маятнику. На маятнику напилені електроди, які є загальною обкладкою ємнісного датчика переміщень маятника, а два інших електрода напилені на корпусі приладу. Зазор між маятником та електродами на корпусі складає 0,021 мм. Для збільшення маятниковості встановлений груз.

Акселерометр має встрояну електроніку зворотнього зв’язку, виконану на основі гібридно-плівчатої технології. Акселерометри були виготовлені для застосування в керуючих боєприпасах з діапазоном вимірювання від 100g до 100000g а також для комерційних цілей з діапазоном вимірювання прискорень (0,1-1,5)g.

Блок-схема акселерометра наведена на рис.17. Блок-схема складається з задаючого генератора ЗГ, двох підсилювачів У1 та У2, двох випрямлювачів В1 та В2, диференційного підсилювача ДУ, датчика моменту ДМ, та еталонного опору Rе з якого знімається вихідний сигнал.

Рис.17. Блок-схема акселерометра

Даний тип акселерометра випускається в декількох модифікаціях (А-12, А-15, А-16), в залежності від конкретного застосування. Ці акселерометри встановлюються в карданні та безкарданні системи.

Основним недоліком описаного приладу є складність конструкції чутливого елементу.

Акселерометр з встрояною електронікою витримує удари до 50g та має наступні характеристики:

- діапазон вимірювальних прискорень ;

- масштабний коефіцієнт ;

- нестабільність масштабного коефіцієнта ;

- дрейф нульового сигналу на протязі однієї години ;

- дрейф нульового сигналу за час більше однієї години ;

- поріг чутливості ;

- маса акселерометра ;

Є також варіант конструкції акселерометра прямого вимірювання з підвісом маятника по схемі рис.16, показаний на рис.18 [5].

а)

б)

в)

Рис.18. Маятник акселерометра: а) схема підвісу; б) підключення електродів датчика переміщення для лінійного акселерометра; в) підключення електродів для кутового акселерометра; 1- нерухома пластина; 2- пружний підвіс; 3- рухомий елемент підвісу (маятник).

Рухома пластина 3 являється маятником, який за допомогою чотирьох пружних перемичок підвісу 2 з’єднаний з базовою пластиною 1. Вся маятникова система може бути виконана з монокристалічного кремнію анізотропним травленням. Торцеві поверхні бази 1 можуть бути з’єднані зі скляними боросілікатними кришками, наприклад, електростатичною зваркою. Рухома пластина є одночасно центральним електродом ємнісного датчика переміщень.

4.2. Структура та принцип дії акселерометра фірми Analog Devices типу ADXL

Фірма Analog Devices випускає серію одноосних двоосних акселерометрів ADXL для діапазону вимірювання прискорень від до . Частотний діапазон акселерометра (0-100) кГц.

Схема кремнієвого чутливого елементу показана на рис.19,а, а його конфігурація при дії прискорення на рис.19,б [5]

Рис.19. Конфігурація чутливого елемента акселерометра: а) спокій; б) при дії прискорення.

На нерухомі частини конденсатора чутливого елементу подаються протифазні прямокутні імпульси 1 МГц: амплітуди обох прямокутних імпульсів дорівнюють один одному, але зсунуті по фазі на 180. В спокої ємність двох конденсаторів рівна, тому вихідна напруга на їх електричному центрі (н центральній пластині прикріпленій до середньої балки) дорівнює 0.

Коли балка починає рухатись, то різниця ємностей приводить до появи вихідного сигналу на центральній пластині. Амплітуда сигналу буде збільшуватись із збільшенням прискорення, прикладеного до чутливого елементу.

Принцип вимірювання прискорення ілюстрований блок-схемою на рис.20.

Рис.20. Блок-схема акселерометра

Центральна пластина через підсилювач У1 підключена до синхронного детектора. Напрям руху балки впливає на фазу сигналу тому синхронне детектування використовується для виділення інформації про амплітуду. Вихід синхронного детектора через підсилювач У2 забезпечує вихідну напругу прискорення V.

Акселерометри цієї серії можуть найти застосування: при вимірюванні кутів нахилу в автомобільних сигнальних пристроях; при реакції на інерційні сили для захисту дисків в ноутбуках, в чутливих елементах подушок безпеки, в системах навігації автомобіля, в системах контролю ліфту, при наявності вібрації та ударів в системах керування станками та контролю вібростендів.

Розглянемо акселерометр останнього покоління – це трьоосний акселерометр фірми Analog Devices типу ADXL.

Акселерометр ADXL330 виготовляється в мініатюрному пластмасовому корпусі типу LFCSP_LQ розміром : 4*4*1.5 мм.

Розглянемо наведену на рис.21 функціональну блок-схему акселерометра ADXL330.

Блок сенсорів мікросхеми включає в себе три чутливих елементи, кожний з яких орієнтований в напрямку однієї з ортогональних осей: x, y, z . Розташування осей відносно корпусу мікросхеми показано на рис. 22. Технологічна похибка орієнтації осей сенсорів відносно просторових осей при виготовлені та установці не перевищує 0.1 градус. Наявність технологічної похибки приводить до виникнення систематичної між осевої похибки вимірювання, яка може бути повністю скомпенсована на системному рівні

Рис. 22 Орієнтація осей відносно корпуса акселерометра

Канал формування вихідного сигналу відповідного прискорення вздовж відповідної осі складається з ємнісного сенсора, допоміжного підсилювача, демодулятора сигналу сенсора, кінцевого підсилювача і зустрічного ортогонального резистора Rfiltr з опором 32 кОм, який одночасно є елементом вихідного фільтру нижніх частот. В таблиці 1 наведені дані щодо призначення виводів мікросхеми.

Призначення виводу мікросхеми ADXL330 Таблиця 1

Номер виводу	Призначення
1,4,9,11,13,16	Вільний (NC)
2	Само тестування (ST)
3,5,6,7	Загальний (COM)
8	Вихід каналу Z(Zout)
10	Вихід каналу Y(Yout)
12	Вихід каналу X(Xout)
14,15	Напруга живлення Vs

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12