ADXL202加速度计在振动测试中的应用

　　0　引　言

　　加速度计一直是振动测试中的重要元件。如今的振动测试正在向全数字化、多点网络化、高准确度、高速度发展。然而,传统的加速度计大多是模拟信号输出。使用这种传感器费时、费力,而且对设计者的电路设计能力要求很高。目前也出现了许多将传感器、变送器、模数转换器集成为一体的加速度计,但是这类传感器的价格昂贵。因此对使用方便、数字输出、价格低廉的新型加速度计的研究有重要的意义。采用新型单芯片双轴加速度计ADXL202,设计了全数字化的加速度测量装置,并扩展了其与PC机的通信功能,为微机控制的多点加速度测量提供了一种新方法,并对提高测量准确度的方法进行了研究。

　　1　测量原理

　　ADXL202采用先进的MEMS技术,在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器,并集成了一套精密的信号处理电路(如图1)。

　　信号处理电路能将表面微机械传感器产生的模拟信号转换为占空比调制(DCM)数字信号输出。这种占空比调制信号可以直接使用单片机或计算机进行处理,使ADXL202的使用非常方便。

　　传感器主要是由一个利用表面微机械加工的多晶硅机构和一个差动电容器组成。在加速度的作用下,多晶硅结构会产生偏移,于是就会拉动差动电容器的运动极板滑动使电容值发生变化。在信号处理电路中(如图1),差动电容器的变化信号由解调器解调后通过一个RC滤波器(由内部和和外部构成)送到占空比调制器中。RC滤波器输出的模拟电压信号通过占空比调制器转换为占空比与加速度成正比的方波,方波的周期()可以通过确定。这个方波可以直接送到单片机进行处理,从而得到加速度的值。

　　用单片机进行数据处理时,可以使用计数器或其它方法测量方波的周期以及脉冲的宽度(如图2)。

　　式中　由占空比调制器外接电阻器确定,其关系为为对应的占空比,其典型值是50%;表示加速度变化引起的占空比变化值,对于ADXL202的典型值是12.5%。除了数字输出,还可以通过低通滤波器获得模拟输出信号。

　　2　测量电路设计

　　2.1　测量电路

　　如图3,测量电路主要包括3个部分。

　　其中,加速度计部分电路主要由ADXL202构成,并辅助以一些滤波及调节电路;系统控制电路主要由AT89C2051单片机构成,利用它处理ADXL202产生的占空比调制信号;微机接口电路主要实现单片机与PC机之间的串行通信接口,通过该接口测量结果可以传送到PC机中,同时PC机可以通过命令来控制测量电路的工作。此外,在控制电路中还使用了串行E2PROM来存储本测量装置的标号、采样参数以及与占空比计算相关的参数,这样有利于提高测量准确度,并有利于多点测量。