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机械研究与应用第卷第期
. 年月
新型加速度传感器在倾角测量中的应用研究
苏维嘉,王旭辉

摘要:详细介绍了新型三轴加速度传感器的结构、工原理及其功能。测试了此加速度传感器敏感轴随倾斜角度变化
的输出特性,并利用其感受重力加速度在传感器三自由度上的大小,测量物体倾斜角的大小。推导了该传感器的计算公式,
并介绍了与单片机的接口电路。
关键词:;加速度传感器;倾角;
中图法分类号: 文献标识码: 文章编号:———

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引言
加速度传感器是一种非常重要的检测器件。在传统的检
测系统中,加速度传感器功能单一,输出信号需要进行放大、
滤波等处理,因此对模拟电路设计有极高的要求。随着近年
来大规模集成电路技术的发展,加速度传感器也逐渐向集成
化、低功耗的方向发展。就是集成度高的三轴加
速度传感器。笔者将简要介绍的原理与功能,并
详细探讨其在倾斜角度测量中的应用。
简介
. 功能介绍
图功能框图
是一种低成本单芯片三轴向高灵敏度加速度
传感器,基于表面微机械结构,集成信号调理电路、单极点低
结构:功能框图如图【所示。在内部主
通滤波器和温度补偿部分,并且具有种不同的灵敏度选择
要由双芯片构成,即重力检测单元负责加速度的侦测与
模式。滤波器截止频率已在出厂前设定,不需要外部调整。
控制单元负责信号处理。重力检测单元将检测到的加速
同时它包含一种睡眠模式,使其成为小型电池供电便携式设
度变化量信号送到—转换电路,而后进行取样、保持及信
备的理想之选。能在三个轴向上以极高的
号放大处理,最后用低通滤波器滤除高频噪音,在温度补偿处
灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇
理后即可输出加速度信息。
摆,它是同类产品中的第一个单芯片三轴向加速器。主要具
原理:重力感测单元—由基于半导体材料的
有以下特点⋯::在一个设备中提供三轴向检测灵敏
微机械结构构造而成。物理模型可以构造成一对固定的面
度。②可选灵敏度:.、、和。③低功耗: 。④睡
板,中间包含一块可移动的面板,如图所示。当系统被给定
眠模式: ,是电池供电的手持电子产品的理想之选。⑤低
一加速度时,中间板就会漂移。中间板移动时,它到一边固
压运行:.—.。⑥快速启动:。⑦低噪音:达到更高
定的面板的距离增加,而到另一边的距离相应地减少,这种
的分辨率、更高的精确度。⑧封装:引脚××.
距离的变化可用来表征加速度。—的面板构成了两
方体扁平封装。
个背对背的电容,当中间面板随着加速度移动时,两个面板之
. 结构与原理
收稿日期:——
作者简介:苏维嘉一,男。辽宁阜新人,高级工程师。研究方向:智能传感器与智能仪表、无损检测与故障诊断、应用、矿山动力灾
害的电磁辐射检测与电荷检测。
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问的距离就会改变,因此电容值也随之改变,/。这里敏感轴上的加速度会发生改变,因此可通过测量加速度的变
是指面板