Sprawozdanie

Laboratorium PMEMS

Temat: Badanie czujników przyspieszenia ADXL.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie charakterystyk dwóch czujników przyspieszenia - ADXL322 oraz ADXL213.

1. Opis czujników

Specyfikacja techniczna:

ADXL322
Parametr
Zakrez pomiarowy
Nieliniowość
Błąd osiowania
Czułość dla Xout i Yout przy 3V
Zależność czułości od temp.
Napięcie na Xout i Yout dla 0g
Częstotliwość rezonansowa czujnika
Zasilanie
Prąd spoczynkowy zasilania
Temperatura pracy

ADXL213
Parametr
Zakrez pomiarowy
Nieliniowość
Błąd osiowania
Czułość dla Xout i Yout przy 5V
Zależność czułości od temp.
Wypełnienie Xout i Yout dla 0g
Odchylenie wskazania 0g od idealnego
Częstotliwość rezonansowa czujnika
Zasilanie
Prąd spoczynkowy zasilania
Temperatura pracy

Budowa:

Centralna ruchoma belka (masa sejsmiczna) tworzy wraz z nieruchomymi belkami strukturę grzebieniową składającą się z 46 kondensatorów. Ruchoma belka jest jednocześnie ruchomą okładką w strukturze kondensatora różnicowego, który utworzony jest przez odpowiednie połączenia elektryczne belek struktury grzebieniowej.

Belka jest wychylana z położenia równowagi przez siły bezwładności (przyspieszenia). Napięcia przyłożone do dolnej i górnej elektrody mają kształt prostokątny i są przesunięte w fazie o 180 stopni. Gdy elektroda środkowa jest w położeniu równowagi (obie pojemności równe) sygnał wyjściowy Vout=0. Wychylenie się elektrody spowoduje „rozrównoważenie” układu i pojawienie się na wyjściu napięcia. Napięcie to, w dalszych blokach jest odpowiednio filtrowane, wzmacniane i demodulowane.

1. Przebieg ćwiczenia

Czujnik ADXL322 podłączyliśmy do zasilania i wejść karty oscyloskopowej. Płytkę z czujnikiem umieściliśmy pionowo/poziomo na ramieniu kątomierza (w zależności od tego, czy badaliśmy rotację pionową czy poziomą) tak, aby oś x była równoległa do ramienia. W trakcie ćwiczenia zmienialiśmy kąt położenia ramienia co 10 stopni w zakresie 0-90 i zapisywaliśmy wartości napięcia w tabeli. Za pomocą programu napisanego w LabVIEW rejestrowaliśmy przebieg sygnału na wyjściu z czujnika – zmiany napięcia w zależności od położenia kątowego.

Pomiary dla czujnika ADXL213 zostały przeprowadzone analogicznie do czujnika ADXL322.

1. Pomiary i obliczenia

Rotacja pionowa czujnika AXDL322
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pionowa czujnika AXDL322 – obliczenia
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

	Rotacja pozioma czujnika ADXL322
nr	ϑ
	[deg]
1	0
2	10
3	20
4	30
5	40
6	50
7	60
8	70
9	80
10	90

Rotacja pionowa czujnika AXDL213
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pozioma czujnika AXDL322 – obliczenia
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pionowa czujnika AXDL213
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pionowa czujnika AXDL213 - obliczenia
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pozioma czujnika AXDL213
nr	ϑ	T1x	T1y
	[deg]	[ms]	[ms]
1	0	const.	0,836
2	10	const.	0,917
3	20	const.	0,991
4	30	const.	1,06
5	40	const.	1,13
6	50	const.	1,19
7	60	const.	1,24
8	70	const.	1,28
9	80	const.	1
10	90	const.	1,3

Rotacja pozioma czujnika AXDL213 – obliczenia
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rotacja pozioma czujnika AXDL213
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1. Wnioski

Czujnik ADXL322 ma widocznie mniejszy błąd pomiaru w stosunku do czujnika ADXL213 co może dziwić, biorąc pod uwagę fakt, że czujnik ADXL213 ma wyjścia cyfrowe, a ADXL322 wyjścia analogowe.

Uzyskane charakterystyki nie są idealnie liniowe, są przeważnie S-kształtne, jednak należy wziąć również pod uwagę fakt, że nasze pomiary obarczone są bardzo dużym błędem (nie mocowaliśmy czujnika plasteliną, tylko trzymaliśmy go ręką, oparty o kątomierz). Błędy pomiarowe widać już zresztą na pierwszym wykresie przyspieszenia w funkcji kąta dla rotacji pionowej czujnika ADXL322.

Przy badaniu rotacji pionowej czujnika ADXL322 pomijając środkową część wykresu spowodowaną znacznym błędem pomiarowym widzimy, że charakterystyka jest względem siebie odwrotnie proporcjonalne – gdy x rośnie to y maleje. Spowodowane jest to budową czujnika – gdy okładki kondensatora zbliżają się do siebie w osi x, jednocześnie oddalają w osi y.