无线加速度传感器的MEMS芯片ADXL202应用设计与集成

文章摘要：模拟带宽亦可进一步减小,从而降低噪声,提高分辨率。ADXL202 的噪声特点是在所有频率下都是同样大的白色高斯噪声,以μg/ Hz为单位,典型噪声值可用式(4) 计算,单位是mg. 在研究中,主要考虑应用于土木结构工程中所采集的信号属于低频信号,依据实际需要,设计模拟带宽为50 Hz ,此时噪声为1. 8 mg. 设计T2为1 ms ,即脉宽占空比输出频率为1 kHz ,完全满足模拟带宽低于脉宽占空比带宽10 倍以上的要求。这样,就可以设计出检测单元的电路,其电路原理如图2 所示,图2中输出端直接与微处理器IO 口相连。 无线加速度传感器的集成 硬件集成无线传感器采用模块化设计,图3 是

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　　模拟带宽亦可进一步减小,从而降低噪声,提高分辨率。ADXL202 的噪声特点是在所有频率下都是同样大的白色高斯噪声,以μg/ Hz为单位,典型噪声值可用式(4) 计算,单位是mg.   　　在研究中,主要考虑应用于土木结构工程中所采集的信号属于低频信号,依据实际需要,设计模拟带宽为50 Hz ,此时噪声为1. 8 mg. 设计T2为1 ms ,即脉宽占空比输出频率为1 kHz ,完全满足模拟带宽低于脉宽占空比带宽10 倍以上的要求。这样,就可以设计出检测单元的电路,其电路原理如图2 所示,图2中输出端直接与微处理器IO 口相连。   　 无线加速度传感器的集成     硬件集成 　　无线传感器采用模块化设计,图3 是无线加速度传感器的集成框图。其中检测单元是无线加速度传感器的重要组成部分,由ADXL202 及其附属电路构成,用来检测结构加速度变化并将输出传输至微处理单元;微处理单元实现对传感器信号采集、预处理,同时可与无线模块进行数据交换,实现数据传输;无线模块用于将传感器数据通过无线通信方式传输;无线加速度传感器采用了带有充电电路的锂电池作为动力单元进行能量供应。     程序设计 　　ADXL202 的数据采集处理程序嵌入在微处理单元中。程序一方面实现对ADXL202 进行校正、采集和预处理;一方面对处理后的数据传到计算机,利用相关软件进行进一步处理。具体程序流程为:上电初始化时对加速度传感器进行校正,然后软件一直处于等待接收计算机握手协议状态,一旦接收到协议,分析接收数据类型,依据数据类型进行相应操作。  　 实验分析   　　对基于ADXL202 构成的无线传感器进行了测试,主要是测试了动态加速度变化情况,利用动态加速度模型来模拟土木结构低频振动信号,该模型可以产生设定的加速度波形,以作为无线加速度传感器测量的参考波形。设计该模型产生频率为1 Hz 的正弦波加速度,从模型参考与测试时序波形图4 看出,二者吻合较好。图5 给出了模型参考和测试频域特性:模型实际的加速度峰值频率为0. 9825 Hz ,模型测试的加速度峰值频率为0. 9766 Hz ,这种微小的差异是可以满足土木结构健康监测需求的。   　 结论   　　通过对无线加速度传感器反复调试表明:ADXL202 非常适合于频率变化较为缓慢、加速度不太大的土工工程结构的测量。它的小型化、低功耗等适合无线传感装置的集成。利用ADXL202 所构成的无线加速度传感器,具有测量准确、易安装拆除的特点。

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