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0 引言

　　在導(dǎo)彈車載行軍過(guò)程中，車上的導(dǎo)彈會(huì)受到各種振動(dòng)的沖擊影響，這種振動(dòng)沖擊如果過(guò)大則會(huì)造成導(dǎo)彈的損傷或損壞。在此介紹了一種基于ADXL50單片集成加速度傳感器的加速度測(cè)量方法，用于檢測(cè)導(dǎo)彈在車載行軍過(guò)程中受到的振動(dòng)沖擊。單片集成加速度傳感器ADXL50體積小、方向性好、精度高、時(shí)漂與溫漂小；在+5V單電源下工作，使用方便，所需外圍元器件少；可靠性很高，在通電時(shí)可以承受500g的加速度沖擊，不加電時(shí)可以承受2000g的加速度沖擊而不致?lián)p壞。因此可以應(yīng)用于導(dǎo)彈運(yùn)輸車。

　　1 設(shè)計(jì)方案

　　設(shè)計(jì)方案如圖1所示：包括傳感器及外圍電路、信號(hào)處理裝置、顯示報(bào)警電路等3部分。傳感器及外圍電路封裝于小型屏蔽容器內(nèi)，固定于導(dǎo)彈載行車上，ADXL50加速度傳感器采集振動(dòng)加速度信號(hào)，并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)；信號(hào)處理部分接收到傳感器采集來(lái)的模擬電壓信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，將加速度的值顯示于LED上，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷與處理，當(dāng)超過(guò)安全范圍時(shí)給出報(bào)警，提醒司機(jī)注意駕駛。

　　2 傳感器及外圍電路的設(shè)計(jì)

　　方案擬采用美國(guó)AD公司生產(chǎn)的ADXL50加速度計(jì)作為加速度傳感器。該器件集成在單片集成電路上，采用差動(dòng)電容作為敏感元件，直接輸出電壓信號(hào)，便于信號(hào)的采集與處理。

　　2．1 ADXL50的主要技術(shù)指標(biāo)

　　測(cè)量靈敏度為19mV／g；滿刻度測(cè)量范圍為±50g；頻率響應(yīng)范圍為DC～1 kHz；在開關(guān)信號(hào)控制下可進(jìn)行自檢；內(nèi)置緩沖放大器，可用于輸出靈敏度及零加速度輸出電平調(diào)節(jié)。

　　2．2 ADXL50工作原理和基本測(cè)量電路

　　ADXL50是一個(gè)完整的加速度測(cè)量系統(tǒng)，它將一個(gè)傳感器部件和完成加速度測(cè)量有關(guān)的電路，包括振蕩器、解調(diào)器、前置放大器、緩沖放大器、參考電源及溫度補(bǔ)償電路等。全部集成在一片硅晶片上。芯片封裝于10腳T0100管殼內(nèi)，這10腳的定義如圖2所示。

　　圖3為加速度傳感器的原理框圖。其中使用了3個(gè)外接電容和3個(gè)外接電阻。C1用以決定測(cè)量系統(tǒng)的帶寬，C1和C2的容量一般選用O～0．2 2μF，C2一般為0．1μF即可。ADXL50在出廠前，廠家已將其前置放大器的測(cè)量靈敏度調(diào)整為19 mV／g，其Og時(shí)的輸出電壓VPR為1．8 V。因此，若加速度為±50g，則VPR=1．8V±O．95V，若加速度為±20g，則VPR=1．8 V±O．38V。由于在VPR上的信號(hào)不標(biāo)準(zhǔn)，不適于讀取進(jìn)行

　　顯示或進(jìn)行數(shù)字化處理。另外，ADXL50前置放大器的注入電流最大只能有25μA，驅(qū)動(dòng)能力很小，因此，VPR上的信號(hào)要做進(jìn)一步處理，才能滿足要求。一般外接幾個(gè)電阻與緩沖放大器構(gòu)成一個(gè)放大環(huán)節(jié)，以調(diào)整傳感器的VPR的Og電位，并提高輸出信號(hào)的靈敏度。

　　經(jīng)緩沖放大后的加速度信號(hào)，其變化范圍最好處于0．5～4．5V之間，使之距電源的高低兩端都有一定的余量。若加速度正、負(fù)兩方向的變化幅度相近，就可將Og電位調(diào)在2．5V左右。這樣，正、負(fù)加速度信號(hào)在傳感器輸出口Vout上就有±2V的變化范圍。設(shè)待測(cè)加速度的范圍為±50g，則VPR=1．8 V±O，95 V，欲使Vout=2．5V±2．OV，就需將信號(hào)中的交流分量放大。緩沖放大器的放大系數(shù)為-R3／R1，所以，若取R1=50kΩ，即可確定R3=105 kΩ。

　　在圖3中，R2的一端接地，為使0g時(shí)Vout=2．5V，R2應(yīng)滿足條件：R2=（1．8×R3）／（Vout-1．8）=270 kΩ。

　　2．3 ADXL50在使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

　　（1）ADXL50有一個(gè)靈敏軸，其方向是從第5腳指向第10腳（即指向管殼定位片），如圖2所示。傳感器測(cè)量的就是沿此軸的加速度。設(shè)此軸為x軸，又設(shè)在傳感器管殼底部平面內(nèi)與x軸垂直的方向?yàn)閥軸。若加速度g的方向與傳感器底部xy平面之間的夾角為α，則加速度g在xy平面上的分量為gxy=gcosα。又設(shè)加速度分量gxy與傳感器靈敏軸之間的夾腳為β，則gxy在靈敏軸上的分量為gx=gxycosβ=gcosαcosβ。因此，在安裝加速度傳感器時(shí)，要盡量使其靈敏軸與加速度的方向一致，否則就得對(duì)測(cè)量結(jié)果做必要的修改，以免造成過(guò)大的誤差。

　　（2）ADXL50要安裝在電路板上使用。在電路板的共振頻率與待測(cè)加速度的頻率相近時(shí)，若電路板稍有松動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生共振，使測(cè)量結(jié)果偏大，造成誤差。因此，在安裝電路板時(shí)，要選擇合適的位置，固定牢靠。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，最好在不同的頻率下測(cè)試，以便發(fā)現(xiàn)可能的共振問(wèn)題。

　?。?）解調(diào)器濾波電容C1的作用：決定ADXL50的帶寬；對(duì)解調(diào)器信號(hào)進(jìn)行濾波。