MEMSIC加速度传感器Word下载.docx

MEMSIC加速度传感器Word下载.docx

《MEMSIC加速度传感器Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MEMSIC加速度传感器Word下载.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

由于自由对流热场的传递性，任何方向的加速度都会扰乱热场的轮廓，从而导致其不对称此时四个热电耦组的输出电压会出现差异，而这热电耦组输出电压的差异是直接与所感应的加速度成比例的，在加速度传感器内部有两条完全相同的加速度信号传输路径，一条是用于测量X轴上所感应的加速度，另一条则用于测量Y轴上所感应的加速度（见图2）

2.加速度传感器量程和输出：

MEMSIC加速度传感器最大可以测量范围是1g到100g，除了动态加速度，如震动MEMSIC器件还可以测静态加速度，如重力加速度。

器件可以提供模拟或数字的输出信号模拟输出有绝对模式和相对模式两种，绝对模式的输出电压和供电电压无关，而相对模式的输出电压和供电电压成比例。

数字输出信号是一种PWM调制后的和加速度大小成正比的占空比信号，高电平占一个周期脉宽的比率，分辨率，也就是能测量到的最小加速度变化量,取决于信号噪声，MEMSIC的典型噪声水平低于1mg/Hz。

在低频条件下可以测量到低于1mg的信号频率响应，也就是对快速变化的加速度的反应能力由结构来决定。

对器件来说在-3dB处频响为30Hz通过外部扩展，频响可以扩展到160Hz以上。

图1传感器检测原理垂直剖面图

图2内部功能方块图

封装和工作条件：

加速度传感器采用低高度LCC表面贴装气密性封装形式（封装尺寸5mmx5mmx2mm）.它还包含一个内置的温度传感器和参考电压输出.

管脚介绍：

VDD内部数字电路电源电压输入脚：

直流电源电压必须控制在+3V到+5.25V之间。

VDA内部模拟电路电源电压输入脚：

GND接地脚

AOUTX轴加速度感应输出脚：

与之相连的器件的输入阻抗需足够高以保证此脚的输出电流不大于100µ

A灵敏度在出厂前被设置成与Y轴相同，但可以根据用户的要求将两个轴的灵敏度设置成不同的值。

AOUTYY轴加速度感应输出脚：

与之相连的器件的输入阻抗需足够高以保证此脚的输出电流不大于100µ

A灵敏度在出厂前被设置成与Y轴相同，但可以根据用户的要求将两个轴的灵敏度设置成不同的值。

TOUT内部温度传感器缓冲输出脚：

此脚输出的模拟电压所指示的是管芯衬底的温度，此电压可用于测量周围环境温度度的变化量而不是对温度直接测量.当环境温度发生变化时,Tout的输出电压相对于25°

C时的电压就产生一个差值.用此差值可以对传感器的零点偏置和灵敏度进行补偿。

SckMEMSIC标准产品选择的是内部时：

800kHz当选择内部时钟时此脚必须接地根据客户的特殊要求MEMSIC可以定制使用外部时钟的产品外部时钟的频率范围400kHz至1.6MHz。

Vref输出一个2.50V的参考电压此脚的驱动能力为100µ

A。

3.灵敏度温度变化的补偿

所有热电耦式加速度传感器的灵敏度都会随温度而变化。

这种灵敏度的变化完全由热传导的物理特性所决定制造过程中的个体差异不会影响这种灵敏度的变化，所以这种灵敏度的变化不存在个体之间的不同。

灵敏度随温度的变化遵循以下公式：

其中Si是在任何初始温度Ti如（25°

C）时的灵敏度。

而Sf是在任何最终温度Tf时的灵敏度。

温度单位为绝对温度°

K温度的幂值系数T在不同类型的器件是会有一些偏差（比如EL型的T是2.90,而AL型是2.67）

图4热电偶加速度传感器的灵敏度曲线

应用领域的灵敏度调整：

1.对于游戏应用领域，游戏机或操纵器是在室温下工作的故环境温度可以认为基本不变就没有必要对器件的灵敏度进行补偿，可以通过游戏前的校准或通过玩家直觉来弥补。

2．对于那些可以允许灵敏度有百分之几变化的应用领域上述的公式可以用一个线性函数来近似。

用这种近似的方法（通过一个有–0.9%/°

C增益的外部电路）可以将灵敏度的变化限制在2.6%以内（以室温时的灵敏度为基准，温度从0°

C变化到+50°

C）。

3.对于性能要求比较高的应用，可以用一个低价位的MCU来完成以上公式的计算。

需要参考方案采用（Microchip16F873/04-SOMCU）的客户可以与MEMSIC联系。

4.零点温漂的补偿：

同所有其他的加速度测量技术一样，每个MEMSIC器件都有一个特定的零点温漂特性，每个应用方案可接受的零点温漂值各不相同。

标准的MEMSIC器件的温漂系数是±

2mg/

oC新型的低噪声器件温漂系数小于±

1mg/oC，对于高精度应用项目当零点温漂值的精不能满足要求的时候可以逐个测定其温漂系数再进行补偿。

进行补偿需要得到每个器件的温漂系数，因为每个器件0g时具有不同的温漂特性。

补偿时，一个和温漂相反极性的偏移量被加到了加速度输出信号当中图5就是一个使用模拟电路进行线性补偿的例子。

在这个电路中，加速度传感器的输出被加上或者减去了温度补偿偏移量。

图50g温度偏移补偿电路

补偿的过程如下：

在室温下启动时将100K电位器的滑片置于VREF端接着在所要补偿的温度下观察器件的温度漂移方向，把开关打到运放的反相输入端，调整电位器，使零点温漂值和室温下的值相同。

运用类似的概念，各种数字补偿技术也可以实现数字技术可以提供更好的补偿，因为它可以进行非线性的零点温漂温度补偿。

用微控制器或微处理器可以用来处理数据。

像用模拟电路进行补偿一样，首先需测出零漂的特性曲线。

这样做的目的是为了产生一张特性近似表或

一个数学近似表达式。

例如，这种温漂可以近似地用以

下公式表示：

温漂值=a*Temperature2+b*Temperature+c，这里a,b,c是每个器件所特有的常数。

通常经过处理器后的输出值为：

补偿后的输出值=加速度值–温漂值.

5.倾斜测量及最高分辨率：

倾角测量：

MEMSIC加速度传感器的一个最普遍的应用是用于倾角的测量，加速度传感器通过感知地球重力加速度在其测量轴上的分量的大小来确定物体的倾斜角度。

当MEMSIC加速度传感器被水平放置时（两个灵敏轴与水平面平行），它对位置或倾角的化最为敏感。

而当它被垂直放置时（两个灵敏轴与水平面垂直），对于位置或倾角变化的敏感度将下降。

表1和图6描述了器件从+90°

到0°

倾斜过程中X轴和Y轴输出值的相应变化。

请注意当一根轴（每倾斜一度）的输出变化较小时，另一根轴的输出变化则较大。

把两个轴的这一变化特性相互弥补可以设计成一款低价位，精度较高的倾角仪。

图6：

加速度传感器与重力加速度的相对位置

表1:

倾斜过程中X轴和Y轴的变化

6.分辨率:

加速度传感器的分辨率受其噪声的限制。

输出噪声的大小随频带宽度而变化。

将低频带宽度，用一个外部低通滤波器，可以降低噪声，提高信噪比和分辨率，输出噪声以测量频宽的平方根为基本刻度，而噪声的峰-峰值决定了分辨率的大小，噪声的峰-峰值近似地等于其均方根值的6.6倍（包括0.1%的平均不确定因素）对于一个简单的低通滤波器它的均方根噪声可以通过公式计算出来：

7.外部滤波器

交流耦合器：

对于那些只测量动态加速度（如振动）的应用领域，建议对传感器的输出信号进行交流耦合如图7所示，交流耦合的优点在于它可以排除零点偏置的个体差异以及零点偏置的温漂问题图7是一个典型的HFP电路（高通滤波器），它在–3dB处的频响为：

f=1/2πRC。

在许多应用中人们希望将–3dB处的频响设置得非常低以便能检测到一些低频加速度为了达到这一目的设计人员有时会采用不合理的大电容，在此MEMSIC建议采用软件高通滤波的方法来实现。

图7:

高通滤波器

8.低通滤波器：

对于频响较低的应用领域，如倾角仪或水平尺，可以外加低通滤波器来抑制噪声，提高分辨率。

图8是一个典型的LFP电路（低通滤波器）它在–3dB处的频响为：

图8:

低通滤波器

9.MEMSIC加速度传感器在低功耗（以电池为电源）应用领域中的使用方法：

在电源功耗受限制的应用领域，采用脉冲供电方式可以延长电池的使用寿命。

必须注意的是当采用脉冲供电时器件的测量频宽将受到其开机时间的限制。

例如,器件在3V供电时的开机时间是40mS如我们采用40mS开，40mS关的脉冲供电方式，那么其周期为40mS（频

率为12.5Hz），也就是说频率为6.25Hz的加速度变化可以被检测到。

由于倾角的变化比较缓慢，故在倾角测量的应用领域中，可以有效地采用脉冲供电方式。

10频率响应的扩展：

热电耦式加速度传感器的频响是由其内部所用气体的物理特性热对流原理以及传感器电子学所决定的。

由于MEMSIC在大批量生产中所使用的气体的特性完全一，所以可以用一个简单的电路来对所有器件进行相同的补偿对于大多数应用来说不需要因为器件的不同而对补偿电路进行调整。

一个简单的补偿网络由两个运算放大器以及一些用于提高增益，提生频率的电阻电容组成（如图9）。

此电路中所用器件为模拟绝对模式输出，电源电压是5V。

放大倍数是2所以放大后的零点偏置为2.5V同时灵敏度为原先的两倍。

与电容1.5uF0.01uF并联的两个电

阻14.3KΩ及5.9KΩ可对网络的增益进行微调以对高频衰减进行补偿，其它电阻电容用于降低噪声。

图9:

频率响应扩展电路

在图10中最下面一条是加速度传感器的频响曲线上面一条为扩展网络的频响曲线，中间是补偿以后的频响曲线在-3dB处的频率超过了100Hz。

图10:

幅频特性曲线

11.应用实例[2]

车辆报警装置：

12.该产品的优缺点

Memsic加速度传感器的优点：

MEMSIC器件是基于单片CMOS集成电路制造工艺而生产出来的一个完整的双轴加速度测量系统，就像其它加速度传感器有重力块一样MEMSIC器件是以可移动的热对流小气团作为重力块，器件通过测量由加速度引起的内部温度的变化来测量加速度。

MEMSIC传感器中的质量块是气体，气态的质量块同传统的实体质量块相比具有很大的优势MEMSIC的器件不存在电容式传感器所存在的粘连颗粒等问题同时能抵抗50000g的冲击。

这使得MEMSIC器件的次品率和故障率很低，通过测量温度变化来确定加速度的变化。

缺点：

测量范围比较的小，只适用于小型器件的应用。

精度也不能达到非常精确的程度。