介紹

低量程的Colibrys加速度傳感器是測量傾角的理想產(chǎn)品，它使用地球的地平面作為參考。傾角和傾角測量有廣泛多樣的市場需求，如能源，軍用/航空航天，以及工業(yè)與儀器儀表。典型的應(yīng)用例子是：

● 指示車輛、帆船或飛機(jī)的傾斜和翻轉(zhuǎn)狀態(tài)

● 監(jiān)控懸臂角度

● 測量距離和高度

● 鉆井過程中，測量鉆孔角度

● 平臺和天線穩(wěn)定性

● 羅盤校正

● 高速擺式列車的控制

● 武器安全系統(tǒng)

圖一：Colibrys產(chǎn)品剖視圖

Colibrys MEMS 加速度傳感器

Colibrys的傾角和傾斜傳感器是一種MEMS電容式加速度傳感器，它由一塊微機(jī)械加工的體硅元件，一個低功耗 ASIC 專用信號處理器，一個用于存儲補償值的微控制器，和一個溫度傳感器組成。

傾角測量是準(zhǔn)靜態(tài)測量，通常要求具有低帶寬的±1g或±2g加速度傳感器。MS9001和MS9002產(chǎn)品是整個Colibrys 產(chǎn)品系列中最好的傾斜傳感器。它是通過一個低電流消耗（<0.5毫安在5V）的電源電壓（2.5V與5.5V之間）來運行的。當(dāng)電源電壓是5V時，滿量程加速度的輸出是一個在0.5V – 4.5V之間變化的比例模擬電壓 。

這款傳感器采用了完全獨立的封裝。為確保其全密封性，其器件封裝在一個48只引腳的LCC陶瓷外殼內(nèi)（MS8000.D），或是在一個20只引腳的LCC陶瓷外殼內(nèi)（MS9000.D）。它們的工作溫度范圍是-55°C至125°C。并能承受高達(dá)6000g的沖擊而不會導(dǎo)致芯片性能的下降。

Colibrys傾斜感應(yīng)加速傳感器產(chǎn)品有

– MS8002.D 傳統(tǒng)的傾斜感應(yīng)產(chǎn)品

– MS9001.D 專為傾斜應(yīng)用設(shè)計的最新產(chǎn)品

– MS9002.D 8.9毫米x8.9毫米小封裝尺寸

操作原理

這款加速度傳感器是利用地球重力（1g）對于振動塊的作用，把它作為輸入加速度來確定傾角（圖2）。

圖2: 測量原理

慣性質(zhì)量塊在硅片的中心，它通過彈簧支撐著檢測質(zhì)量塊。加速度傳感器輸出信號“Vout”是一個比率式模擬電壓，并遵循以下公式：

Vout = Bias + (Scale factor x Acceleration)

在這里:

– Bias [V] 為在加速度為0g時的輸出電壓

– Scale factor [V/g] 為傳感器的靈敏度

– Acceleration [g] 為加在敏感軸上的地球加速度。

角度 Φ 通過下面公式計算：

Angle Φ = arcsin ((Vout – Bias) / (1g x Scale_factor))

在這里Φ 是角度。

可作為傾角傳感器的變電容加速度傳感器

通過重力加速度旋轉(zhuǎn)可使加速度傳感器產(chǎn)生正弦輸出信號。圖3顯示了在各種地球加速度情況下，以加速度傳感器MS9002.D為例子的示意圖。

圖3: 在不同角度情況下的MS9002.D加速度傳感器

使用MS9002.D測量傾角的例子

在本例中，加速度傳感器圍繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)360°。表一顯示了相應(yīng)的角度[°], 通過敏感軸得到的加速度[g], 輸出信號 [V], 和分辨率 [mg/°] 。從分辨率對角度的關(guān)系中，我們可以清楚地看到，盡管加速度傳感器可以在360°以上的范圍內(nèi)提供信號，它的最佳的工作區(qū)域是在 0°和180°附近±30°的線性和對稱區(qū)間。

傾斜 / 傾角傳感器的選擇

為了選擇一個傾角感應(yīng)應(yīng)用的最佳加速度傳感器，我們必須考慮各種特性。為了最精確地測量傾角，加速度計的短期和長期穩(wěn)定性，遲滯性能，可重復(fù)性和低噪聲輸出等都是關(guān)鍵的參數(shù)。在短期和長期穩(wěn)定性方面，Colibrys的MS8002和MS9002加速度傳感器是市面上最好的產(chǎn)品之一(1)。對于±2g滿量程測量，測量誤差小于2mg。這代表了小于0.1°的年穩(wěn)定性。這些產(chǎn)品也能提供優(yōu)異的零偏溫度系數(shù)而無需補償，（平均為100μg/度或0.007°/度，在±30度之內(nèi)），低遲滯性能和高重復(fù)性。總之，噪聲和帶寬的組合決定了傾斜傳感器的分辨率或最小可測量的角度。Colibrys產(chǎn)品表現(xiàn)為低噪聲水平（對于一個±2g傳感器， 典型值為20mg/√Hz），因此，使得可測量角度的分辨率能達(dá)到0.001°(均方根(RMS)噪聲為1Hz帶寬)。

(1) 根據(jù)IEEE 528-2001，一年期穩(wěn)定性的定義是：打開/打開，放置在-55°C和85°C，-40°C至125°C 的溫度循環(huán)中，-55°C至85°C經(jīng)受無動力的擾動，震動和沖擊

結(jié)論

近幾年來，Colibrys 加速度傳感器是一個成功的傾角傳感器，并且被完美地集成到各種應(yīng)用系統(tǒng)中，例如：羅盤校正，平臺穩(wěn)定，運輸和鉆井儀器。這些集成所取得的成功奠定了Colibrys公司在高分辨率傾角和傾斜傳感市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。