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Sensor

Plage et Sensibilité de l'Accéléromètre

Calcule la tension de sortie, la résolution ADC et mg par LSB à partir des spécifications de sensibilité et de plage de l'accéléromètre.

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Formule

V_out = V_ref/2 ± (S × a)

SSensitivity (mV/g)
aAcceleration (g)

Comment ça marche

Un accéléromètre convertit l'accélération en signal électrique. Les accéléromètres MEMS analogiques (par exemple, ADXL335) émettent une tension proportionnelle à l'accélération : V_out = V_ref/2 + S × a, où S est la sensibilité en mV/g, a est l'accélération en g et V_ref/2 est la sortie zéro g (milieu du rail). La sensibilité S provient de la fiche technique et dépend de la plage complète : les plages plus larges ont une sensibilité plus faible (moins de mV par g). Les accéléromètres numériques (par exemple, MPU-6050, LIS3DH) produisent des comptes numériques avec un facteur d'échelle configurable. La résolution en mg/LSB dépend de la profondeur de bits de l'ADC et de la tension d'alimentation : avec un ADC à N bits et une alimentation V_CC, la tension par LSB est V_cc/2^n et l'accélération par LSB est de (V_cc/2^n × 1000) /S mg. Par exemple, l'ADXL335 avec S = 300 mV/g, ADC 12 bits, alimentation 3,3 V donne 3300/4096 = 0,806 mV/LSb, ou 0,806/300 = 2,7 mg/LSB. La bande passante est définie par le filtre RC sur les broches de sortie ; un condensateur de 10 μF fournit une bande passante d'environ 0,5 Hz pour les applications sismiques, tandis que 0,1 μF donne environ 50 Hz pour la mesure des vibrations.

Exemple Résolu

Problème : L'ADXL335 a une valeur S = 300 mV/g et une plage complète de ±3 g. Il est alimenté en 3,3 V et alimenté par un ADC 10 bits. Trouvez la tension de sortie à 1 g et la résolution en mg/LSB. Solution : 1. Sortie zéro G : V = 3,3/2 = 1,65 V 2. Sortie à 1 g : V_out = 1,65 + 0,300 × 1 = 1,95 V 3. Nombre de convertisseurs ADC = 2^10 = 1024 ; tension par LSB = 3,3/1024 = 3,22 mV 4. Accélération par LSB = 3,22 mV/300 mV/g = 0,01073 g = 10,7 mg/LSB Résultat : la sortie est de 1,95 V à 1 g avec une résolution de 10,7 mg par étape ADC.

Conseils Pratiques

  • Montez l'accéléromètre avec le circuit imprimé fixé de manière rigide à la structure mesurée : toute résonance mécanique du circuit imprimé lui-même apparaîtra sous forme de signal d'accélération à la fréquence de résonance.
  • Pour la détection de l'inclinaison, utilisez une bande passante de 1 à 10 Hz (grand bouchon de filtre) ; pour la surveillance des vibrations, utilisez une bande passante de 100 Hz à 1 kHz ; pour la détection des chocs, utilisez la bande passante maximale sans filtre.
  • Calibrez en mesurant la sortie à ± 1 g (retournement horizontal) pour déterminer la sensibilité réelle et le décalage de zéro g ; les deux varient de ±10 à 15 % par rapport aux spécifications nominales.

Erreurs Fréquentes

  • Utilisation d'une spécification de sensibilité provenant d'une tension d'alimentation incorrecte — La sensibilité de l'ADXL335 varie de 270 à 330 mV/g en fonction de V_cc ; utilisez toujours la sensibilité correspondant à votre tension d'alimentation.
  • Confondre plage pleine échelle de ±g et crête à crête : ±3 g signifie que le capteur sature à +3 g et -3 g, soit 6 g de crête à crête ; l'écart de tension à pleine échelle est de 2 × S × FS_Range.
  • Ignorer la bande passante du filtre de sortie : laisser le condensateur du filtre déconnecté entraîne une bande passante maximale (~1,6 kHz pour l'ADXL335) et un bruit élevé ; ajoutez le condensateur recommandé pour la bande passante de votre application.

Foire Aux Questions

Les accéléromètres analogiques émettent une tension continue proportionnelle à l'accélération et nécessitent un ADC externe. Les accéléromètres numériques (sortie I²C ou SPI) contiennent un ADC interne et fournissent directement des comptes numériques, ce qui simplifie le microprogramme et évite le bruit analogique provenant des traces de circuits imprimés. Les types numériques incluent souvent des plages pleine échelle configurables, des buffers FIFO et des sorties d'interruption.
Le déplacement de masse à l'épreuve des MEMS pour une accélération donnée doit rester dans la plage physique de la structure mécanique. Pour une plage g plus large, la force de rappel électrostatique est augmentée (réduction du déplacement par g), ce qui réduit la tension de sortie par g. Un capteur de ±2 g est plus sensible mais sature à des accélérations plus faibles qu'un capteur de ±16 g.
Appliquez un filtre passe-haut avec une fréquence de coupure inférieure aux signaux d'intérêt (par exemple, 0,5 à 2 Hz pour les vibrations). Dans le firmware, soustrayez la moyenne mobile ou utilisez un filtre IIR bloquant le courant continu. Pour la détection de l'inclinaison, vous devez préserver le courant continu ; dans ce cas, étalonnez et soustrayez le décalage zéro g connu à la place.

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