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| 基于ADXL50传感器的加速度-频率测量仪器设计 | |||||
作者：佚名 文章来源：Internet 点击数： 更新时间：2007-5-18  |
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设计方案  图1所示是一个振动加速度-频率测量仪器的设计框图。本仪器包括传感器及其外围电路、信号调理电路、加速度——频率显示三部分。传感器及其外围电路封装于小型屏蔽容器内，固定于振动物体上，随之同步振动，输出测量信号；信号调理电路接收电信号，进行放大、滤波等必要处理；经过处理后的信号被送入显示部分，信号的频率和幅度以数值形式显示于LED数码管上，实现加速度和频率的实时测量。 传感器及其外围电路的设计 本设计选用美国ADI公司生产的ADXL50加速度计作为振动传感器。它被集成在单片集成电路上，采用差动电容作为敏感元件，并用闭环反馈力平衡技术和完整的信号调理电路来构成闭环随动式加速度计，其输出电压与其感受的加速度成正比。图2所示为ADXL50的引脚说明。ADXL50采用单电源+5 V供电，最大测量范围为±50 g(g为重力加速度)，输出电压范围为0.25～4.75 V，灵敏度为20 mV/g。通过外接元件，结合其内置的缓冲放大器，调节放大倍数和0 g时的电平，也可构成滤波电路。  图3为传感器及其外围电路设计图。图中，调节可变电阻R4可以使传感器ADXL50在零加速度情况下的输出为2.5 V。缓冲放大器放大倍数为R2/R3=5，传感器输出为0.1 V/g。R2与C3构成一低通滤波器，截止频率为1/R2C3=303 Hz，振动时效和振动焊接的频率一般不超过200 Hz，因而可以满足要求。  信号调理电路 ◇ 放大电路  图4所示为信号调理电路中的放大器电路，它是一个由运算放大器构成的负反馈放大电路，调节可变电阻RW2的阻值可进一步微调输出信号的放大倍数。输出信号减去0 g电平，可使放大器输出电压值恰好为加速度值的1/10，便于进一步进行数字显示。调节可变电阻RW2的阻值可以微调0 g电平，修正信号偏差。图中VSS为-5 V供电电源，VCC为+5 V供电电源，其余各图与此相同，不予多述。为提高系统集成度，整个系统中使用的四个运放全部由TLC27L4提供。 ◇ 滤波电路  滤波电路如图5所示。选用的是美国TI公司生产的巴特沃斯四阶开关电容低通滤波器TLC04作为滤波电路的主要组成部分，采用施密特触发器振荡器自定时的双电源供电。TLC04的截止频率稳定性只与时钟频率稳定性相关，截止频率时钟可调，其时钟/截止频率比为50:1，因而设计截止频率为1/1.69R1×C1×50=251.8 Hz，满足了振动时效和振动焊接工艺的要求。 ◇ 绝对值检波电路 通过绝对值检波电路可以对交流信号进行绝对值处理，便于加速度值的进一步数字显示。即当输入信号Vin>0时，输出信号Vout=Vin；而当Vin<0时，Vout=-Vin。 数据显示 ◇ 加速度值的显示 绝对值电路输出的电压信号在数值上等于加速度值的1/10。因此选用JL5135直流数字电压表作为表头，直接通过数码显示输出信号的电压数值，同时设置数字电压表的小数点位置，使之入大10倍后显示值为加速度数值。 ◇ 频率值显示 把滤波电路输出的信号接入一开环放大器电路，使之成为相应频率的方波信号，利用JL4ZPL-A四位数显自动频率表读出频率数值。 电源部分 整个系统采用4节1.5 V充电干电池供电。为保证电路正常工作，需提供±5 V两种电源。 |
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