Блок сенсорів прискорення мікросхеми, що містить ADXL330, представляє собою електромеханічний вузол, включаючий в себе рухому і статичну частину. Рухома частина – це мініатюрна спеціально оброблена деталь, на поверхні якої сформовані рухомі обкладки трьох диференційних конденсаторів. Рухома частина за допомогою виготовлених з полікремневих пружинок підвішена над поверхнею підложки мікросхеми, на якій сформовані статичні елементи блоку сенсорів. Застосування єдиного вузла для створення трьох датчиків прискорення дозволяє досягнути високої ортогональності взаємного розташування датчиків і, як наслідок - малого рівня міжосьових перешкод.

Пружинки системи підвісу рухомого вузла забезпечують гальванічний контакт з рухомими обкладками диференційних конденсаторів. Під дією сил інерції або земного тяжіння рухома частинам електромеханічного вузла може відхилятись у будь-якому напрямку в заданих межах. На поверхні підложки напроти обкладки кожного з диференційних конденсаторів, розташованих на рухомому вузлі, знаходяться нерухомі обкладки. Сигнал на виході кожного диференційного конденсатора залежить від величини зміщення рухомої частини конденсатора, зумовленого відхиленням рухомої частини електромеханічного вузла від нейтрального положення відносно відповідних частин на підложці. Принцип формування сигналу на виході диференційного конденсатора проілюстровано на рис. 23. Для вимірювання прискорення за допомогою ємнісного сенсора, побудованого із застосуванням диференційного конденсатора, в акселерометрах серії ADXL компанії Analog Devices використовується два частотних протифазних вимірювача сигналу U1 і U2. Сигнали представляють собою коливання типу «меандр», які формуються внутрішнім генератором вимірювальних сигналів.

Диференційний конденсатор складається з пластини П1, яка знаходиться на рухомому вузлі, і пластин П2 і П3, розташованих на підложці. Як видно з рис.23, нерухома обкладка цього конденсатора виготовлена у вигляді двох пластин, що мають однакову форму і розміри поверхні.

Рис .23 . Формування сигналів на виході диференційного конденсатора при нейтральному положенні рухомої обкладки а) зміщення рухомої обкладки вліво, б) зміщення рухомої обкладки вправо; в) еквівалентна схема сенсора з використанням диференційного конденсатора.

Всі елементи диференційного конденсатора виготовлені з полікремнія і є хорошими провідниками в діапазоні робочих температур. На кожній з пластин диференційного конденсатора є контакт для підводу вимірювального сигналу. При відсутності зовнішнього механічного збудження (рис. 23,а) рухома частина диференційного конденсатора П1 знаходиться в середньому положенні, парціальні ємності С1 і С2, утворені кожною пластиною нерухомої обкладки (П2,П3) і рухомою обкладкою конденсатора (П1), будуть рівні між собою [1].

Еквівалентна схема сенсора з використанням диференційного конденсатора представлена на рис. 23,г. Як видно з представленої схеми, ємності С1 та С2 утворюють ємнісний дільник напруги, до середньої точки якого підключений вхід допоміжного підсилювача з вхідним опором. Коефіцієнт передачі ємнісного дільника kn в цьому випадку дорівнює 0.5. Сигнал Umax, що знімається з рухомої частини П1, представляє собою постійну напругу Um/2 (синя лінія на рис. 23,а) оскільки в першому напівперіоді вимірювального сигналу до дільника прикладені напруги U1=0 та U2=Um, а в другому напівперіоді - навпаки U1=Um та U2=0. При зміщенні сигнальної пластини П1 вліво за рахунок дії сили інерції (рис. 23,б) С1>С2, коефіцієнт ділення kn для сигналу U1 більше за 0.5, а для сигналу U2 менше, ніж 0.5, що призводить до формування на пластині П1 напруги Uвих, яка містить постійну складову, рівну Um/2, і змінну складову, по формі співпадаючу з вимірювальним сигналом U1. Амплітуда змінної складової залежить від відношення ємностей С1 і С2.

Демодуляція сигналу з виходу допоміжного підсилювача здійснюється шляхом синхронного детектування, для чого в блок демодулятора в якості опорного подається один з вимірювальних сигналів, (рис. 21). Сигнал на виході блоку демодуляторів при використанні напруги U1 в якості опорного сигналу показаний на рис. 23 червоною лінією.

В таблиці 2 для порівняння приведені параметри декількох акселерометрів.

Параметри акселерометрів ADXL330 ADXL202/ADXL210Таблиця 2

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