Главное


Показатели назначения акселерометра прямого измерения

Акселерометр может эксплуатироваться как с обратной связью, так и без неё. В режиме с обратной связью, чувствительный элемент компенсируется восстанавливающей силой противодействующей движению. Акселерометр без обратной связи значительно проще и дешевле.

Чувствительность акселерометра

Чувствительность акселерометра определяется как отношение выходного напряжения ко входному ускорению.

Она определяется не только конструкцией механической части датчика, но и параметрами измерительных цепей. Механическая чувствительность акселерометра определяется смещением чувствительного элемента при действии ускорения.

При частотах значительно ниже резонансной («r) механическая чувствительность будет:

(3.22)

Из уравнения (3.22) мы можем видеть, что механическая чувствительность является обратно пропорциональной к квадрату резонансной частоты. Для достижения высокой чувствительности, резонансная частота должна быть достаточно низкой. Практически, есть предел для ωr связанный с механической (ударной) прочностью и конструкцией.

Мы выбираем, часто используемый асимметричный полумостовой емкостный чувствительный интерфейс, для перевода смещения чувствительного элемента в выходные напряжения, как показано на рисунке 7, потому что эта схема легка для внедрения в MUMPS и технологию iMEMS.

На рисунке 7, C1 и C2 - ёмкости между подвижным зубцом гребенки и ближайшим к нему неподвижным зубцом гребенки. Модуляционное напряжение Vm приложено между данными зубцами гребенки. Модуляционные напряжения обычно эксплуатируются на высокой частоте, для подавления смещения и фликер-шума. Cпар - полная паразитная емкость на выходе узла Vo, включающая паразитную емкость от эффективной массы к подложке, паразитную емкость якорей и ёмкость от схем формирования сигнала.

Применение закона тока Кирхгоффа в узле Vo показано на рисунке 7

(3.23)

Когда нет внешнего ускорения, подвижный зубец гребенки расположен посередине между двумя неподвижными чувствительными зубцами гребенки, C1 = C2= C0, и выходное напряжение Vo - равно нулю. Под действием ускорения, чувствительный элемент сдвигается на смещение x определяемое уравнением (3.22) при этом C1, и C2 более не равны.

Рисунок 7. Чувствительный интерфейс акселерометра

Используем плоскопараллельную модель для аппроксимации емкости и предположим, что смещение x - величина малая по сравнению с величиной щели g0:

(3.24.a), (3.24.b)

Решая систему (3.23) и (3.24), получим:

(3.25)

Тогда чувствительность акселерометра будет равна:

(3.26)

Чувствительность обратно пропорциональна начальному зазору между чувствительными зубцами гребенки. Для повышения чувствительности необходимо минимизировать паразитную емкость. Заметим, что полученная нами чувствительность включает только механическую структуру и емкостной чувствительный интерфейс. В дальнейшем выходное напряжение Vo усиливается соответствующими цепями.

Порог чувствительности акселерометра

Минимальное обнаружимое ускорение определяется шумом, на входе акселерометра. Рассмотрим два источника шума:

Броуновский (тепловой) шум от случайного столкновения воздушных молекул с поверхностью чувствительного элемента.

электронные шумы входного каскада.

Для демпфированного чувствительного элемента, эквивалентное «Броуновское» ускорение равно:

(3.27)

где kB - константа Больцмана, T - температура, B - коэффициент затухания, и Q - добротность.

Пусть Vn-circuit будет шумом, исходящим от электрических схем. Тогда эквивалентное ему ускорение будет равно:

(3.28)

Порог чувствительности акселерометра приравнивается к полному шуму ускорения на входе:

(3.29)

Максимальное измеряемое ускорение

Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Генератор последовательности чисел
Тема является весьма актуальной в настоящее время. Так как во многих областях науки и техники (электроника, электротехника, приборо- и машиностроение) необходимо использование генераторо ...

Анализ систем видеонаблюдения
Система видеонаблюдения - система аппаратно-программных средств, с целью видеонаблюдения. Сегодня системы видеонаблюдения являются одним из самых эффе ...

Характеристики воздушной зоны Богучанского центра органов внутренних дел
Гражданская авиация в России выполняет особую роль, являясь, с одной стороны, типичной подотраслью, реализующая транспортные услуги населению и иной клиентуре, а с другой стороны, осущес ...

www.techspirit.ru © 2019