ADXL320加速度计性能参数的标定实验

　　目前，体积小、精度高的微机械加速度计，特别是采用 MEMS 技术生产制造的微加速度计，在航空航天、电子领域都有着广泛的应用。微加速度计通常用于运动物体的定位测量，例如汽车、小型飞行器、船只等。将加速度计固定于运动的物体之上，随着物体的运动状态改变，加速度计输出的变化信号，经计算分析后可得到该运动物体的实时平均运动参数，例如位移、速度和加速度。为达到这一应用目的，需要对加速度计的输出信号与加速度的关系进行标定试验。

　　本文以美国 ADI 公司生产的 ADXL320 单片集成加速度传感器为例，在分析介绍其工作原理的基础上，提出一种对加速度计进行标定的简便方法.

　　1 工作原理

　　ADXL320 的电路图如图 1 所示。ADXL320 的传感器检测到信号经放大器(ACAMP)放大，再由解调器(DEMOD)将交流电压还原为相应的直流电压，被放大后经过 32k 的电阻，最后由外接的电容设置频宽、滤波后输出。

　　整个加速度计建立在整体集成电路芯片上，是一种完美的加速度测量系统，并含有内置传感器和单独的调节回路，以完成载体的开环加速度测量。该传感器是附于硅胶片上的多晶硅面微机械结构，多晶硅弹片使其悬浮在胶片表面，并产生一个加速度反力。悬浮结构的偏角由微分电容测出，而该电容的非固定极板与动片相连，固定极板由方波驱动。工作时，加速度使连接杆偏斜，微分电容不平衡，从而产生一个振幅与加速度成比例的方波信号输出，经解调器矫正并确定加速度的方向。ADXL320 的测量范围是±5g，灵敏度典型值是 174mV/g，但其在实际应用中并不确定，需要依靠标定实验确定。图 2 是加速度计的输出匹配电路，其中电容 C1、C2用来实现低通滤波和减弱噪声。

　　2标定实验

　　本文利用弹簧小车与水平导轨装置对微加速度计ADXL320 进行标定。该实验装置易于安装固定，而且能较好地输出变化加速度，便于加速度计的标定。其装置示意图如图 3 所示。

　　2.1 实验原理

　　实验的依据主要是 ADXL320 及匹配电路板对小车在不同加速度时有不同的电压信号输出。ADXL320 可测 x、y 两个相互垂直方向的加速度。本文以加速度计的 x 轴输出为例进行标定。实验中，ADXL320 的电源电压为 Vs = 2.95V。

　　将 ADXL320 及其匹配电路板固定在小车表面，由导线接上电源及引出输出电压信号，再外接一个数字电压表或万用表以观察其电压值变化情况，所输出的电压信号由数据采集卡采集，以便进行数据处理。将小车实际加速度和加速度计所输出的电压信号变化值进行对比，经过相应的数据处理，得出该加速度计的灵敏度(电压相对于加速度的变化关系)，取其平均值作为灵敏度标定值。这样就可以得到一连串加速度计的加速度与相应的输出电压的关系，从而达到对微机械加速度计 ADXL320 标定的目的。