新型集成加速度传感器3265

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3265是EG&GIC传感器公司用微细加工工艺技术生产的集成加速度传感器。该传感器由一片单晶硅片做成的加速度传感器及另一片信号处理专用集成电路芯片两部分组成,安装在16脚DIP封装中,如图1所示。与以往该公司生产的同类产品相比较,其结构更简单,工艺更先进,并进一步降低了生产成本。该加速度传感器除用于震动、撞击、碰撞的测量,升降机及运输系统速度的控制、地震监测、航空及航天上的应用外,主要用于汽车正面及侧面防冲击气袋系统,保护人身安全,从而成为该加速度传感器最大的市场。

图1
图1 🔍原图 (464×342)

3265的主要特点:采用单晶硅材料,具有更好的温度特性;线性度极好,非线性误差在全量程范围内仅±0.2%;内部有专用集成电路对信号进行放大、滤波等处理,输出信号电压范围为0.5~4.5V,可以直接与单片机接口;其响应可以到直流;最大过载可达5000g(g为重力加速度,不是克,下同);并且具有模拟自测试功能(用户可在静止状态通过加电压对传感器进行测试)。

工作原理

加速度计的测量原理如图2所示。它由质量块3、两根弹簧2及4、框架1及指针和刻度盘5组成。在静止状态时,装在质量块上的指针处于零位。当有一定的加速度作用于框架时,质量块受加速度的影响产生惯性力,使弹簧2伸长、弹簧4压缩,直到力平衡时为止。与此同时,指针相对于刻度盘移动而指示出加速度值(图2右)。

图2
图2 🔍原图 (798×343)

由图2可知,该加速度计是纯机械装置,如何输出与加速度成比例的电信号呢?EG&GIC传感器公司采用了差动电容的结构,使输出的电容量的差值与加速度成比例,如图3所示。图3(a)是这种差动电容式加速度传感器的结构示意图。其中间“十字形”是质量块4、其质量块上下两端连接的是弹簧片1、外部是框架2。十字质量块横臂上下做了两对电容器的动片7,而在框架上相应地做了上下两对静片6与8,左右对称的动片与动片及静片与静片是相互连接的,从而形成两个电容器3(C1)及电容器5(C2)。

图3
图3 🔍原图 (842×444)

静止状态时,两动片的位置在两静片位置的中间,使C1的电容量与C2相符,如图3(b)所示;当有加速度作用于框架时,质量块受惯性力移动,如图3(c)所示,C1>C2,其电容量的差值与加速度成比例。在实际的结构中,有较多的动片及静片,组成梳状结构,以增加输出电容的差值,提高传感器的灵敏度。该加速度传感器经专用集成电路信号处理后,能检测出0.001μm的位移。

主要性能参数

该系列加速度传感器有4种量程范围:±5g、±10g、±25g及±50g。前两种的工作温度范围为-10~+70℃,非线性误差为±2%;后两种的工作温度范围为-40~90℃,非线性误差为±0.2%。另外,前两种的最大过载为3000g,而后两种为5000g,其余性能都相同。

零输出电压为2.5±0.2V,最大量程范围输出为0.5~4.5V;带宽(±3dB)为0~2000Hz;工作电压为5V;自测试电压为5V(在自测试电压作用时,其输出端有一定电压输出);耐静电击穿电压为2000V;交叉轴灵敏度为±3%满量程(典型值)。

应用电路

电路见图4, 其中3265选用±5g量程的,输出电压V\(_{0}\)为-5~+5V。静止状态时(加速度为零),调RP1,使输出V0为零;当加速度为5g时,调RP2,使输出电压V\(_{0}\)为+5V即可。(方佩敏)

图4
图4 🔍原图 (535×416)