如何選擇合適的應(yīng)用傳感器
發(fā)布時(shí)間：2018/11/13
加速度計(jì)能夠測(cè)量加速度、傾斜、振動(dòng)或沖擊，因此適用于從可穿戴健身裝置到工業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上有成百上千的加速度計(jì)器件可供選擇，其成本和性能各不相同。最新MEMS電容式加速度計(jì)應(yīng)用于傳統(tǒng)上由壓電加速度計(jì)和其他傳感器主導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域。新一代MEMS加速度計(jì)可為CBM、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控(SHM)、資產(chǎn)健康監(jiān)控(AHM)、生命體征監(jiān)測(cè)(VSM)和物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用提供解決方案。然而，在有如此多加速度計(jì)和如此多應(yīng)用的情況下，選擇合適的加速度計(jì)并非易事。
尚無(wú)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界定加速度計(jì)屬于何種類別。加速度計(jì)的一般分類及相應(yīng)的應(yīng)用如表1所示。所示的帶寬和g值范圍是加速度計(jì)用在所列終端應(yīng)用中的典型值。
表1.加速度計(jì)等級(jí)和典型應(yīng)用領(lǐng)域
圖1顯示了各種MEMS加速度計(jì)的快照，并依據(jù)特定應(yīng)用的主要性能指標(biāo)和智能/集成水平將各傳感器歸類。
圖1.ADI公司精選MEMS加速度計(jì)的應(yīng)用版圖
傾斜檢測(cè)主要標(biāo)準(zhǔn)：偏置穩(wěn)定度、失調(diào)溫漂、低噪聲、可重復(fù)性、振動(dòng)校正、跨軸靈敏度。對(duì)MEMS電容式加速度計(jì)而言，精確的傾斜檢測(cè)是一種要求頗高的應(yīng)用，尤其是在有振動(dòng)的情況下。在動(dòng)態(tài)環(huán)境中利用MEMS電容式加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)0.1°的傾斜精度非常困難——1°較易實(shí)現(xiàn)。為使加速度計(jì)有效測(cè)量?jī)A斜度，必須對(duì)傳感器性能和終端應(yīng)用環(huán)境有很好的了解。相比于動(dòng)態(tài)環(huán)境，靜態(tài)環(huán)境對(duì)傾斜測(cè)量更加有利，因?yàn)檎駝?dòng)或沖擊可能會(huì)破壞傾斜數(shù)據(jù)，引起嚴(yán)重測(cè)量誤差。傾斜測(cè)量的最重要特性有溫度系數(shù)失調(diào)、遲滯、低噪聲、短期/長(zhǎng)期穩(wěn)定性、可重復(fù)性和良好的振動(dòng)校正。
0g偏置精度、焊接引起的0g偏置漂移、PCB外殼對(duì)準(zhǔn)引起的0g偏置漂移、0g偏置溫度系數(shù)、靈敏準(zhǔn)確度和溫度系數(shù)、非線性度以及跨軸靈敏度等誤差，是可以觀測(cè)到的，并且可以通過(guò)裝配后校準(zhǔn)流程加以降低。遲滯、使用壽命期間的0g偏置漂移、使用壽命期間的靈敏度漂移、潮濕引起的0g漂移，以及溫度隨時(shí)間變化引起的PCB彎曲和扭轉(zhuǎn)等等，這些誤差項(xiàng)無(wú)法通過(guò)校準(zhǔn)或其他方法解決，需要通過(guò)一定程度的原位維修才能減少。
ADI公司的加速度計(jì)可分為MEMS(ADXLxxx)和iSensor?(ADIS16xxx)特殊用途器件兩類。iSensor或智能傳感器是高集成度（4到10個(gè)自由度）且可編程器件，適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的復(fù)雜應(yīng)用。這些高集成度即插即用解決方案包括全面的工廠校準(zhǔn)、嵌入式補(bǔ)償和信號(hào)處理，解決了上述需要原位維修的很多誤差，大大降低了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證負(fù)擔(dān)。這種全面的工廠校準(zhǔn)為整個(gè)傳感器信號(hào)鏈提供額定溫度范圍（通常是?40°C至+85°C）內(nèi)的靈敏度和偏置特性。因此，每個(gè)iSensor器件都有其獨(dú)特的補(bǔ)償公式，安裝后可產(chǎn)生精確的測(cè)量結(jié)果。對(duì)于一些系統(tǒng)，工廠校準(zhǔn)可免除系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)，大大簡(jiǎn)化操作。
iSensor器件專門針對(duì)某些應(yīng)用而開發(fā)。例如，圖2所示的 ADIS16210 專門針對(duì)傾斜應(yīng)用而設(shè)計(jì)并定制，
