0 引言
在導彈車載行軍過程中，車上的導彈會受到各種振動的沖擊影響，這種振動沖擊如果過大則會造成導彈的損傷或損壞。在此介紹了一種基于ADXL50單片集成加速度傳感器的加速度測量方法，用于檢測導彈在車載行軍過程中受到的振動沖擊。單片集成加速度傳感器ADXL50體積小、方向性好、精度高、時漂與溫漂小；在+5V單電源下工作，使用方便，所需外圍元器件少；可靠性很高，在通電時可以承受500g的加速度沖擊，不加電時可以承受2000g的加速度沖擊而不致損壞。因此可以應用于導彈運輸車。
1 設計方案
設計方案如圖1所示：包括傳感器及外圍電路、信號處理裝置、顯示報警電路等3部分。傳感器及外圍電路封裝于小型屏蔽容器內，固定于導彈載行車上，ADXL50加速度傳感器采集振動加速度信號，并輸出相應的電壓信號；信號處理部分接收到傳感器采集來的模擬電壓信號，對其進行模／數轉換，將加速度的值顯示于LED上，然后進行數據判斷與處理，當超過安全范圍時給出報警，提醒司機注意駕駛。
2 傳感器及外圍電路的設計
方案擬采用美國AD公司生產的ADXL50加速度計作為加速度傳感器。該器件集成在單片集成電路上，采用差動電容作為敏感元件，直接輸出電壓信號，便于信號的采集與處理。
2．1 ADXL50的主要技術指標
測量靈敏度為19mV／g；滿刻度測量范圍為±50g；頻率響應范圍為DC～1 kHz；在開關信號控制下可進行自檢；內置緩沖放大器，可用于輸出靈敏度及零加速度輸出電平調節。
2．2 ADXL50工作原理和基本測量電路
ADXL50是一個完整的加速度測量系統，它將一個傳感器部件和完成加速度測量有關的電路，包括振蕩器、解調器、前置放大器、緩沖放大器、參考電源及溫度補償電路等。全部集成在一片硅晶片上。芯片封裝于10腳T0100管殼內，這10腳的定義如圖2所示。
圖3為加速度傳感器的原理框圖。其中使用了3個外接電容和3個外接電阻。C1用以決定測量系統的帶寬，C1和C2的容量一般選用O～0．2 2μF，C2一般為0．1μF即可。ADXL50在出廠前，廠家已將其前置放大器的測量靈敏度調整為19 mV／g，其Og時的輸出電壓VPR為1．8 V。因此，若加速度為±50g，則VPR=1．8V±O．95V，若加速度為±20g，則VPR=1．8 V±O．38V。由于在VPR上的信號不標準，不適于讀取進行
顯示或進行數字化處理。另外，ADXL50前置放大器的注入電流最大只能有25μA，驅動能力很小，因此，VPR上的信號要做進一步處理，才能滿足要求。一般外接幾個電阻與緩沖放大器構成一個放大環節，以調整傳感器的VPR的Og電位，并提高輸出信號的靈敏度。
經緩沖放大后的加速度信號，其變化范圍最好處于0．5～4．5V之間，使之距電源的高低兩端都有一定的余量。若加速度正、負兩方向的變化幅度相近，就可將Og電位調在2．5V左右。這樣，正、負加速度信號在傳感器輸出口Vout上就有±2V的變化范圍。設待測加速度的范圍為±50g，則VPR=1．8 V±O，95 V，欲使Vout=2．5V±2．OV，就需將信號中的交流分量放大。緩沖放大器的放大系數為-R3／R1，所以，若取R1=50kΩ，即可確定R3=105 kΩ。
在圖3中，R2的一端接地，為使0g時Vout=2．5V，R2應滿足條件：R2=（1．8×R3）／（Vout-1．8）=270 kΩ。
2．3 ADXL50在使用時應注意的事項
（1）ADXL50有一個靈敏軸，其方向是從第5腳指向第10腳（即指向管殼定位片），如圖2所示。傳感器測量的就是沿此軸的加速度。設此軸為x軸，又設在傳感器管殼底部平面內與x軸垂直的方向為y軸。若加速度g的方向與傳感器底部xy平面之間的夾角為α，則加速度g在xy平面上的分量為gxy=gcosα。又設加速度分量gxy與傳感器靈敏軸之間的夾腳為β，則gxy在靈敏軸上的分量為gx=gxycosβ=gcosαcosβ。因此，在安裝加速度傳感器時，要盡量使其靈敏軸與加速度的方向一致，否則就得對測量結果做必要的修改，以免造成過大的誤差。
（2）ADXL50要安裝在電路板上使用。在電路板的共振頻率與待測加速度的頻率相近時，若電路板稍有松動，就會產生共振，使測量結果偏大，造成誤差。因此，在安裝電路板時，要選擇合適的位置，固定牢靠。在對系統進行試驗時，最好在不同的頻率下測試，以便發現可能的共振問題。
（3）解調器濾波電容C1的作用：決定ADXL50的帶寬；對解調器信號進行濾波。
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