ADXL50加速度的設計與應用

1 設計方案

如圖1所示，本儀器包括傳感器及其外圍電路、信號調理電路、加速度一頻率顯示三部分。傳感器及其外圍電路封裝于小型屏蔽容器內，固定于振動(dòng)物體上，隨之同步振動(dòng)，輸出測量信號；信號調理電路接收電信號，進(jìn)行放大、濾波等必要處理；經(jīng)過(guò)處理后的信號被送入顯示部分，信號的頻率和幅度以數值形式顯示于led數碼管上，實(shí)現加速度和頻率的實(shí)時(shí)測量。

2 傳感器及其外圍電路的設計

選用了美國adi公司生產(chǎn)的adxl50加速度計作為振動(dòng)傳感器。它被集成了單片集成電路上，采用差動(dòng)電容作為敏感元件，用閉環(huán)反饋力平衡技術(shù)和完整的信號調理電路構成閉環(huán)隨動(dòng)式加速度計，其輸出電壓與其感受的加速度成正比。 圖2所示為adxl50的引腳說(shuō)明。adxl50采用單電源+5v供電，最大測量范圍為±50g(g為重力加速度)，輸出電壓范圍為0.25～4.75v，靈敏度為20mv/g。通過(guò)外接元件，結合其內置的緩沖放大器，調節放大倍數和0g時(shí)的電平，也可構成濾波電路。

圖3為傳感器及其外圍電路設計圖。調節可變電阻r4可以使傳感器adxl50在零加速度情況下的輸出為2.5v。緩沖放大器放大倍數為rc2/rc3=5，即傳感器輸出為0.1v/g。rc2與cc3構成一低通濾波器，截止頻率為1/rc2×cc3=303hz，振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接的頻率一般不超過(guò)200hz，因而可以滿(mǎn)足需求。

3 信號調理電路

3.1 放大電路

圖4所示為信號調理電路中的放大器電路，它是一個(gè)由運算放大器構成的負反饋放大電路，調節可變電阻rw2的阻值可進(jìn)一步微調輸出信號的放大倍數。輸出信號減去0g電平，可使放大器輸出電壓值恰好為加速度值的1/10，便于進(jìn)一步進(jìn)行數字顯示。調節可變電阻rw2的阻值可以微調0g電平，修正信號偏差。圖中vss為-5v供電電源，vcc為+5v供電電源，其余各圖與此相同，不予多述。為提高系統集成度，整個(gè)系統中使用的四個(gè)運放全部由tlc27l4提供。

3.2 濾波電路

濾波電路如圖5所示。選用美國ti公司生產(chǎn)的巴特沃斯四階開(kāi)關(guān)電容低通濾波器tlc04作為濾波電路的主要組成部分，采用施密特觸發(fā)器振蕩器自定時(shí)的雙電源供電。tlc04的截止頻率的穩定性只與時(shí)鐘頻率穩定性相關(guān)，截止頻率時(shí)鐘可調，其時(shí)鐘一截止頻率比為50：1，因而設計截止頻率為1/1.69×rf1×cf1×50=251.8hz，滿(mǎn)足了振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接工藝的要求。

3.3 絕對值檢波電路

通過(guò)絕對值檢波電路（如圖6所示）可以對交流信號進(jìn)行絕對值處理，便于加速度值的進(jìn)一步數字顯示。即當輸入信號vin>0時(shí)，輸出信號vout=vin；而當vin0時(shí)，vout=-vin。