專(zhuān)利名稱(chēng)：低量程加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種加速度傳感器，特別是涉及一種使用加速度計(jì)與專(zhuān)用ASIC電路芯片組合而成的具有抗高沖擊與惡劣環(huán)境的低量程加速度傳感器。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)國(guó)際上制造的高精度加速度計(jì)，根據(jù)敏感信號(hào)方式可分為電容式、半導(dǎo)體壓阻式、電感式和壓電式加速度計(jì)，價(jià)格昂貴，體積龐大，除軍事領(lǐng)域外，其他行業(yè)很少問(wèn)津。隨著美國(guó)、歐共體硅微加工技術(shù)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了新一代的微機(jī)械加速度計(jì)(micro-mechanicalaccelerometer MMA)，其體積小、價(jià)格低、重量輕，可形成批量化生產(chǎn)規(guī)模，拓寬了加速度計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)有的加速度計(jì)產(chǎn)品主要是采用機(jī)械或硅材料設(shè)計(jì)。
現(xiàn)有加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)質(zhì)量塊與4個(gè)用體硅工藝腐蝕形成的支撐梁部分組成，4個(gè)支撐梁中的每一個(gè)梁上都含有2個(gè)擴(kuò)散電阻，它們互相連接，形成一個(gè)惠斯登電橋，當(dāng)加速度計(jì)承受一個(gè)加速度時(shí)，支撐梁將上下移動(dòng)，導(dǎo)致4個(gè)電阻的電阻值增加，其余4個(gè)電阻的電阻值減少，形成一個(gè)與電源電壓成比例的電壓變化輸出信號(hào)，從而進(jìn)行加速度值的測(cè)量。
傳統(tǒng)的電路連接方法是加速度計(jì)的6腳連接3V電源，10、11、12腳接地，2腳為信號(hào)輸出，其它腳懸空。加速度計(jì)的上述連接方法沒(méi)有設(shè)計(jì)專(zhuān)用的信號(hào)變換放大電路，沒(méi)有對(duì)電路進(jìn)行濾波處理，也沒(méi)有實(shí)施飽和控制與溫度補(bǔ)償措施，導(dǎo)致加速度計(jì)的線(xiàn)性度一般僅在1％左右，工作時(shí)溫度漂移大，工作溫度范圍窄，不能適應(yīng)惡劣環(huán)境下的工作。而且每個(gè)加速度計(jì)的輸出腳是用飛線(xiàn)與處理電路板直接連接，電磁兼容性差，容易受干擾，輸出信號(hào)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種精度高，溫度漂移小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的測(cè)量加速度范圍＜±50g的低量程加速度傳感器。
本實(shí)用新型的低量程加速度傳感器是由加速度計(jì)M1與專(zhuān)用ASIC電路組成，專(zhuān)用ASIC電路具體由電源電路、電橋放大電路、溫度補(bǔ)償電路、濾波電路、飽和控制電路及輸入輸出接口構(gòu)成。
電源電路二極管D1的陽(yáng)極連接外接+15V直流電源，電解電容C1與電容C2并聯(lián)后，正端連接二極管D1的陰極，負(fù)端接地；電阻R1一端連接電解電容C1的正端，另一端與電阻R3和穩(wěn)壓管W1的陰極相連，穩(wěn)壓管W1的陽(yáng)極接地；電阻R3的另一端連接到運(yùn)算放大器U1(op27)的3腳，運(yùn)算放大器U1的2腳連接電阻R2、R4，電阻R2的另一端接地，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器U1的6腳相連；運(yùn)算放大器U1的6腳與電解電容C5的正端相連，并輸出到加速度計(jì)M1的6腳；電解電容C5的負(fù)端接地。
電橋放大電路二極管D1的陰極分別連接到運(yùn)算放大器U1、U2(AD620)的7腳和U3(LM124)的4腳，二極管D2的陰極連接外接-15V直流電源，陽(yáng)極連接到運(yùn)算放大器U1、U2的4腳；電解電容C3并聯(lián)電容C4后，正端接地，負(fù)端與運(yùn)算放大器U2的4腳相連；加速度計(jì)M1的5腳連接電阻R6后接到運(yùn)算放大器U2的2腳，2腳連接電阻R5后接到運(yùn)算放大器U2的3腳；在運(yùn)算放大器U2的1、8腳之間連接有電阻R7，運(yùn)算放大器U3的11腳接地。
溫度補(bǔ)償電路穩(wěn)壓管W1的陰極連接電阻R9，電阻R9的另一端分別與電阻R10、運(yùn)算放大器U3的3腳相連，電阻R10的另一端接地；運(yùn)算放大器U3的1、2腳相連后連接到運(yùn)算放大器U2的5腳。
濾波電路電容C6一端連接運(yùn)算放大器U2的3腳，另一端接地，電阻R5和電容C6共同組成濾波電路；電容C10與穩(wěn)壓管W2并聯(lián)，穩(wěn)壓管W2的陽(yáng)極接地，陰極連接電阻R8后接入運(yùn)算放大器U2的6腳，穩(wěn)壓管W2的陰極連接輸入輸出接口；加速度計(jì)M1的4、5腳之間連接有電容C8，5、6腳之間連接有電容C7，2、3腳之間連接有電容C9，1、4、10、11、12腳接地，其它腳懸空。通過(guò)以上電路能夠有效地濾除帶外雜波。
飽和控制電路電阻R8和穩(wěn)壓管W2共同組成輸出保護(hù)電路，保護(hù)后級(jí)電路不受損壞，也能避免后級(jí)電路竄繞信號(hào)對(duì)傳感器的損壞。
本低量程加速度傳感器的加速度計(jì)采用最新MEMS技術(shù)與微電子技術(shù)成果研制而成，信號(hào)調(diào)理電路由專(zhuān)用ASIC電路來(lái)完成，具體是由電源電路、高精度電橋放大電路、溫度補(bǔ)償電路、濾波電路、飽和控制電路及輸入輸出接口構(gòu)成。加速度傳感器的整體結(jié)構(gòu)緊湊，一致性和電磁兼容性好，不易受干擾，輸出信號(hào)穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
本實(shí)用新型在信號(hào)調(diào)理電路中采用了數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)，使得加速度傳感器能夠在較大的溫度范圍內(nèi)具有小的溫度漂移，全溫度范圍內(nèi)只有90ppm/℃。本實(shí)用新型還對(duì)加速度傳感器進(jìn)行了模擬線(xiàn)性化處理，對(duì)電路進(jìn)行了濾波處理和實(shí)施了輸出飽和控制，進(jìn)一步提高了加速度傳感器的精度，使其線(xiàn)性度≤0.5％，具有抗高沖擊的性能以及適應(yīng)在惡劣環(huán)境下工作的能力。


圖1是低量程加速度傳感器的原理框圖；圖2是低量程加速度傳感器的電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的低量程加速度傳感器是由加速度計(jì)M1與信號(hào)調(diào)理電路組成的，信號(hào)調(diào)理電路由專(zhuān)用ASIC電路組成，具體由電源電路、電橋放大電路、溫度補(bǔ)償電路、濾波電路、飽和控制電路及輸入輸出接口構(gòu)成。
其中電源電路由二極管D1，電容C1、C2、C5，電阻R1、R2、R3、R4，穩(wěn)壓管W1和運(yùn)算放大器U1(op27)組成，二極管D1的陽(yáng)極連接外接+15V直流電源，電解電容C1與電容C2并聯(lián)后，正端連接二極管D1的陰極，負(fù)端接地，電阻R1一端連接電解電容C1的正端，另一端與電阻R3和穩(wěn)壓管W1的陰極相連，穩(wěn)壓管W1的陽(yáng)極接地，電阻R3的另一端連接到運(yùn)算放大器U1的3腳，運(yùn)算放大器U1的2腳連接電阻R2、R4，電阻R2的另一端接地，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器U1的6腳相連，運(yùn)算放大器U1的6腳與電解電容C5的正端相連，并輸出到加速度計(jì)M1的6腳，電解電容C5的負(fù)端接地。
電橋放大電路由運(yùn)算放大器U2(AD620)、U3(LM124)，二極管D2，電容C3、C4，電阻R5、R6、R7組成，二極管D1的陰極分別連接到運(yùn)算放大器U1、U2的7腳和U3的4腳，二極管D2的陰極連接外接-15V直流電源，陽(yáng)極連接到運(yùn)算放大器U1、U2的4腳，電解電容C3并聯(lián)電容C4后，正端接地，負(fù)端與運(yùn)算放大器U2的4腳相連，加速度計(jì)M1的5腳連接電阻R6后接到運(yùn)算放大器U2的2腳，2腳連接電阻R5后接到運(yùn)算放大器U2的3腳，在運(yùn)算放大器U2的1、8腳之間連接有電阻R7，運(yùn)算放大器U3的11腳接地。
溫度補(bǔ)償電路由電阻R9、R10組成，穩(wěn)壓管W1的陰極連接電阻R9，電阻R9的另一端分別與電阻R10、運(yùn)算放大器U3的3腳相連，電阻R10的另一端接地，運(yùn)算放大器U3的1、2腳相連后連接到運(yùn)算放大器U2的5腳。
濾波電路由電容C6、C7、C8、C9、C10，電阻R8，穩(wěn)壓管W2組成，電容C6一端連接運(yùn)算放大器U2的3腳，另一端接地，電阻R5和電容C6共同組成濾波電路，電容C10與穩(wěn)壓管W2并聯(lián)，穩(wěn)壓管W2的陽(yáng)極接地，陰極連接電阻R8后接入運(yùn)算放大器U2的6腳，穩(wěn)壓管W2的陰極連接輸入輸出接口，加速度計(jì)M1的4、5腳之間連接有電容C8，5、6腳之間連接有電容C7，2、3腳之間連接有電容C9，1、4、10、11、12腳接地，其它腳懸空。通過(guò)以上電路能夠有效地濾除帶外雜波。
飽和控制電路電阻R8和穩(wěn)壓管W2共同組成輸出保護(hù)電路，保護(hù)后級(jí)電路不受損壞，也能避免后級(jí)電路竄繞信號(hào)對(duì)傳感器的損壞。
權(quán)利要求1.一種低量程加速度傳感器，由加速度計(jì)M1與專(zhuān)用ASIC電路組成，專(zhuān)用ASIC電路具體由電源電路、電橋放大電路、溫度補(bǔ)償電路、濾波電路、飽和控制電路及輸入輸出接口構(gòu)成，電源電路二極管D1的陽(yáng)極連接外接+15V直流電源，電解電容C1與電容C2并聯(lián)后，正端連接二極管D1的陰極，負(fù)端接地，電阻R1一端連接電解電容C1的正端，另一端與電阻R3和穩(wěn)壓管W1的陰極相連，穩(wěn)壓管W1的陽(yáng)極接地，電阻R3的另一端連接到運(yùn)算放大器U1的3腳，運(yùn)算放大器U1的2腳連接電阻R2、R4，電阻R2的另一端接地，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器U1的6腳相連，運(yùn)算放大器U1的6腳與電解電容C5的正端相連，并輸出到加速度計(jì)M1的6腳，電解電容C5的負(fù)端接地；電橋放大電路二極管D1的陰極分別連接到運(yùn)算放大器U1、U2的7腳和U3的4腳，二極管D2的陰極連接外接-15V直流電源，陽(yáng)極連接到運(yùn)算放大器U1、U2的4腳，電解電容C3并聯(lián)電容C4后，正端接地，負(fù)端與運(yùn)算放大器U2的4腳相連，加速度計(jì)M1的5腳連接電阻R6后接到運(yùn)算放大器U2的2腳，2腳連接電阻R5后接到運(yùn)算放大器U2的3腳，在運(yùn)算放大器U2的1、8腳之間連接有電阻R7，運(yùn)算放大器U3的11腳接地；溫度補(bǔ)償電路穩(wěn)壓管W1的陰極連接電阻R9，電阻R9的另一端分別與電阻R10、運(yùn)算放大器U3的3腳相連，電阻R10的另一端接地，運(yùn)算放大器U3的1、2腳相連后連接到運(yùn)算放大器U2的5腳；濾波電路電容C6一端連接運(yùn)算放大器U2的3腳，另一端接地，電阻R5和電容C6共同組成濾波電路，電容C10與穩(wěn)壓管W2并聯(lián)，穩(wěn)壓管W2的陽(yáng)極接地，陰極連接電阻R8后接入運(yùn)算放大器U2的6腳，穩(wěn)壓管W2的陰極連接輸入輸出接口，加速度計(jì)M1的4、5腳之間連接有電容C8，5、6腳之間連接有電容C7，2、3腳之間連接有電容C9，1、4、10、11、12腳接地，其它腳懸空；飽和控制電路電阻R8和穩(wěn)壓管W2共同組成輸出保護(hù)電路。
專(zhuān)利摘要一種由加速度計(jì)與專(zhuān)用ASIC電路組合而成的低量程加速度傳感器，測(cè)量加速度范圍＜±50g。加速度計(jì)采用MEMS技術(shù)與微電子技術(shù)研制而成，專(zhuān)用ASIC電路由電源電路、電橋放大電路、溫度補(bǔ)償電路、濾波電路、飽和控制電路及輸入輸出接口構(gòu)成。加速度傳感器的整體結(jié)構(gòu)緊湊，一致性好，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。本實(shí)用新型還具有精度高，溫度漂移小，不易受干擾，輸出信號(hào)穩(wěn)定，抗沖擊性、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的性能。
文檔編號(hào)G01P15/00GK2662251SQ20032011184
公開(kāi)日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者李永紅, 閻貴平, 王敬文, 張保寧, 劉國(guó)忠, 侯興輝 申請(qǐng)人:山西科泰微技術(shù)有限公司