Модуль ADXL203 — качественный двухосный акселерометр

Содержание статьи:

1. Технические особенности модуля ADXL203
   
2. Возможности при использовании модуля ADXL203
   
3. Особенности практического применения модуля ADXL203
   
4. Настройка пропускной способности конденсаторов CX и CY
   

Модуль ADXL203 является высокоточным, маломощным, двухосным акселерометром, имеющим сигнальное выходное напряжение на монолитной ИС. Масштабный диапазон его измерений может быть разным: +/- 1,7 g, +/- 5 g, +/- 18 g. Рассматриваемый прибор способен замерять как динамическое ускорение (к примеру, вибрацию), так и статическое (например, гравитацию). Рабочий уровень шума равняется 110-ти мкг/?Гц. Это позволяет улавливать сигналы, угол наклона которых составляет меньше 0,06 градусов. Применяя данный акселерометр, пользователь сам выбирает полосу пропускания. Для этого задействуются конденсаторы CX, а также CY. В работе используются выводы XOUT и YOUT. Частотный диапазон полосы пропускания колеблется от 0,5 Гц до 2,5 КГц. Конкретную частоту также выбирает пользователь.

Технические особенности модуля ADXL203

Можно выделить такие эксплуатационные характеристики описываемого акселерометра:

• питание — 4,75–5,25 В;
  
• примерное выходное напряжение — 1,4–3 В;
  
• количество микросхем, обеспечивающих работу устройства — 1;
  
• габариты прибора — 5х5х2 мм;
  
• самая низкая мощность выдаваемого тока — 700 мкА;
  
• стабильность смещения нулевой g — высокая;
  
• уровень чувствительности прибора — высокий;
  
• диапазон температур, при которых акселерометр может функционировать — от -40 до +125 градусов Цельсия;
  
• погрешность при выравнивании осей X и Y — меньше 0,1 градуса;
  
• количество конденсаторов для регулировки ширины полосы пропускания — 1;
  
• максимальное значение ударной выживаемости прибора — 3500 g;
  
• наличие частотного отклика от внешних конденсаторов — присутствует;
  
• ширина полосы пропускания для конденсаторов CX и CY — 2500 Гц (при 0,002 мкФ), 0,5 Гц (при 10 мкФ).
  

Возможности при использовании модуля ADXL203

Всего таких возможностей семь:

1. Динамическое управление проводником.
   
2. Функция управления электронным шасси.
   
3. Возможность выравнивания платформы.
   
4. Навигация.
   
5. Управление детекторами движения.
   
6. Возможность устанавливать двухосевой угол наклона.
   
7. Возможность мониторинга и компенсации вибрации.
   

Особенности практического применения модуля ADXL203

Рассматриваемый модуль является полноценным акселератором, который функционирует на монолитной интегральной микросхеме (сокращенно ИС). Как было сказано выше, прибор содержит две оси. Обе эти части оснащены поликремниевым поверхностным микромеханическим датчиком, а также схемой формирования сигнала для реализации архитектуры измерения ускорения без обратной связи. Выходные сигналы представлены аналоговыми напряжениями, которые пропорциональны происходящему ускорению.

Модуль ADXL203 способен замерять как положительные, так и отрицательные ускорения (поддерживаемый диапазон указан выше). Описываемый акселерометр может замерять силу статического ускорения (например, силу тяжести). Данная функция позволяет применять устройство как датчик наклона. Сам датчик представлен поликремниевой поверхностной микрозеркальной структурой, пристроенной поверх кремниевой пластины. Такая структура формирует сопротивление силам ускорения. Значение отклонения структуры измеряется при помощи дифференциального конденсатора, состоящего из неподвижных пластин и из пластин, которые прикреплены к движущейся массе (данные элементы независимы друг от друга). Фиксированные пластины приводятся в действие несинфазными прямоугольными волнами. Образующееся ускорение отклоняет луч, а это разбалансирует дифференциальный конденсатор. Таким образом, формируется квадрат выходной волны, амплитуда которого пропорциональна ускорению. После этого фазочувствительные методы демодуляции задействуются для выпрямления сигнала и последующего определения вектора ускорения.

Происходит усиление выхода демодулятора. Сам вывод осуществляется вне кристалла через резистор на 32 кОм. Когда происходит описываемый процесс, пользователь может установить полосу пропускания сигнала прибора, добавив конденсатор. Подобная фильтрация повышает точность измерений и предотвращает наложение нескольких спектров.

Принцип работы акселерометра позволяет улучшить его производительность, а также устранить частую ошибку квантования. Кроме того, на протяжении всего измерения устройство работает стабильно. Еще одним немаловажным плюсом является низкий гистерезис (время отклика системы на прилагаемое воздействие). Стоит отметить и тот факт, что во время работы модуль ADXL203 сохраняет свою чувствительность почти на одном уровне.

Настройка пропускной способности конденсаторов CX и CY

Описываемый модель имеет отдельное положение для полосы, которая ограничивает выход XOUT и YOUT. Необходимо добавлять конденсаторы на этих выводах, дабы фильтрация нижних частот прошла должным образом. Хорошая фильтрация значительно понижает шумность прибора во время работы.

В качестве примера можно рассмотреть уравнение для ширины полосы на 3 дБ. Выглядит это уравнение следующим образом: F-3 дБ = 1 / (2? (32 кОм) х C (X, Y)). Если расписать его проще, то получится следующее: F-3 дБ = 5 мкФ / C (X, Y).

Значения допуска внутреннего резистора могут варьироваться на четверть (как в большую, так и в меньшую сторону). Напомним, что номинальное значение составляет 32 кОм. При всех измерениях ёмкость для конденсаторов должна составлять 2000 пФ.

Далее идет схематическое изображение работы данного модуля:


Ниже показан список деталей:


Здесь показана ориентация датчика, установленного на акселерометре:


Далее идёт таблица распиновки:


Ну и наконец вам представлено фото самого модуля: