Skip to content
RFrftools.io
Sensor

加速度計レンジと感度

感度とフルスケールレンジの仕様から加速度計出力電圧、ADC分解能、LSBあたりのmgを計算します。

Loading calculator...

公式

Vout=Vref/2±(S×a)V_out = V_ref/2 ± (S × a)
S— 感度 (mV/g)
a— アクセラレーション (g)

仕組み

この計算機は、加速度センサーの感度仕様を分解能と出力電圧に変換します。これは、振動解析エンジニア、慣性航法設計者、IoT モーションセンシング開発者にとって不可欠です。MEMS 加速度センサーの出力電圧またはデジタルカウントは加速度に比例します。Vout = Vref/2 + S a。ここで S は mV/g 単位の感度、a は加速度です。アナログ MEMS（ADXL335、MMA7361）の感度は 200～800 mV/g で、アナログ・デバイセズおよび NXP データシートによると、フルスケール・レンジは +/-1.5 ～ +/-16 g です。感度は範囲に反比例します。範囲が広いほどmV/gが低くなります（証明質量は1gあたりのたわみが小さくなります）。ミリグラム/LSB単位の分解能はADCのビットと電源によって異なります。分解能 = (Vcc/2^N) /S 1000 mg。3.3V の 12 ビット ADC を搭載した ADXL335 (300 mV/g) の場合、分解能 = (3.3/4096) /0.300* 1000 = 2.7 mg/LSB。デジタル加速度計（LIS3DH、MPU6050）は、感度をLSb/g単位で規定しています。STマイクロエレクトロニクス社によると、+/-2g～+/-16gの範囲で4000-16000lSb/gです。IEEE 1293では、バイアス安定性 (0.1-10 mg)、スケールファクター (0.1-1%)、ノイズ密度 (25-300 ug/rTHz) などの加速度センサーの精度仕様が定義されています。

計算例

問題：機械の振動監視用にADXL345デジタル加速度計を構成します。要件:200 Hz で 0.01 g の振動を検出し、最大 8 g の衝撃イベントを測定します。

解決策: 1。+/-8g の範囲を選択:感度 = 3.9 mg/LSB (ADXL345 データシートより) 2.ノイズ密度:+/-8g 設定で 290 uG/rTHz 3.200 Hz バイブレーションの帯域幅:BW_RATE = 200 Hz (ODR = 400 Hz) に設定します。 4.ノイズフロア:noise_rms = 290 g/rTHz 平方メートル (200 Hz 1.6) = 5.2 kg rms 5.0.01 g での SNR: SNR = 10 mg/5.2 mg = 1.9 (限界値、5.6 dB) 6.SNR を向上させるには、+/-2g の範囲に切り替えてください。256 lSb/g、ノイズ = 145 ug/RTHz です。 7.新しいノイズフロア:145 * 平方メートル (320) = 2.6 mg rms、SNR = 10/2.6 = 3.8 (11.6 dB) 8.トレードオフ:+/-2gの範囲は2gの衝撃で飽和し、8gのイベントは見逃す 9.解決策：振動監視には+/-2gを使用し、しきい値トリガー時に+/-8gに切り替えます

結果：振動には+/-2gの範囲（ノイズフロア3.8 mg、10 mgでSNR 2.6）を使用し、衝撃イベントの場合はオートレンジを+/-8gに設定します。

実践的なヒント

  • ✓加速度計を構造体にしっかりと取り付けます。PCBの共振は共振周波数での加速度として現れます。補強リブまたはポッティングコンパウンドを使用して、PCBの共振を測定帯域より上に押し上げてください（IEEE 1293準拠）
  • ✓傾き検知には1～10 Hzの帯域幅（大きなフィルターキャップ）、振動監視には100 Hz～1 kHz、衝撃検知には ISO 16063-1 振動校正規格に準拠したフィルターなしの最大帯域幅を使用
  • ✓センサー軸を重力で回転させることで+/-1gで校正します。実際の感度とゼロgオフセットは公称値から+/ -10-15% の変動があります。2点校正では、メーカーの校正手順ごとに+/ -1% の精度が得られます

よくある間違い

  • ✗間違った電源電圧による感度仕様の使用：ADXL335の感度は、2Vで270mV/g、3Vで300mV/g、3.6Vで330mV/gです。アナログ・デバイセズのデータシートによると、間違った値を使用すると、10〜20％の測定誤差が発生します。
  • ✗+/-gフルスケールとピーク・ツー・ピークを混同すると、+/-3gは+3gと-3g（合計スパン6g）での飽和を意味し、フルスケールの電圧振幅は2* S FS_Range = 2 300* 3 = 1800 mVです。
  • ✗出力フィルタ帯域幅は無視してください。フィルタ処理をしていないADXL335は、帯域幅が1.6 kHz、ノイズが300 ug/RTHzです。帯域幅が50 Hzの場合は0.1 uFのコンデンサを追加し、データシートのフィルタ推奨事項に従ってノイズを5倍低くしてください。

よくある質問

アナログ加速度計（ADXL335、MMA7361）は連続電圧を出力するため、外部ADCが必要です。基本的な設計ではシンプルですが、アナログノイズの影響を受けやすくなります。デジタル加速度計（ADXL345、LIS3DH、MPU6050）にはシグマデルタADCが内蔵されており、10～16ビットの分解能のI2C/SPI出力を提供します。また、設定可能なフルスケール、FIFOバッファ（32〜1024サンプル）、およびモーション検出用の割り込み出力を備えています。デジタルタイプは1～5ドル、アナログタイプは2～4ドルです。STマイクロエレクトロニクスのアプリケーションノートAN3182によると、新しい設計では、デジタル加速度計はファームウェアを簡素化し、ノイズ耐性を向上させます。
特定の加速度でのMEMS耐格質量変位は、機械構造の限界（通常は1〜10 um）内にとどまる必要があります。g範囲が広くなると、静電復元力が大きくなり (um/g変位が減少)、gあたりの電圧出力が下がります。+/-2gセンサーの感度は、同じダイの+/-16gセンサーの感度が8倍高くなります。アナログ・デバイセズの MEMS 技術概要によると、これは MEMS 設計の基本です。最高の分解能を得るには、飽和を避ける最も狭い範囲を選択してください。
対象となる信号 (振動の場合は 0.1-2 Hz) よりもカットオフが低いハイパスフィルターを適用します。ファームウェアでは、移動平均を減算するか (IIR: y [n] = 0.99*y [n-1] + 0.01*x [n])、DC ブロッキング IIR フィルタ (0.5 Hz で 1 次 HPF) を使用します。傾き検出にはDC応答が必要です。その場合は、既知のゼロgオフセット（アナログ・デバイセズのAN-1057によると、MEMSでは通常+/-60 mg）をキャリブレーションして減算します。オフセットドリフトが +/-0.5 mg/C になるため、温度キャリブレーションが必要になることがあります。

関連電卓

Sensor

ホール効果センサー

ホール効果センサーのホール電圧、ホール係数、および感度を計算します。磁場測定、電流検知、位置検出に役立ちます。

Sensor

センサー精度

オフセット、ゲイン、非線形性、分解能、温度ドリフト誤差からRSSとワーストケース法でセンサーシステム総合精度を計算します。

Sensor

ストレインゲージブリッジ

ひずみゲージのホイートストンブリッジ出力電圧を計算します。構造監視およびロードセル設計用のクォーター、ハーフ、フルブリッジ構成をサポートします。

Sensor

NTC サーミスタ

Steinhart-Hart ベータ方程式を使用して NTC サーミスタ抵抗から温度を計算します。PT100/PT1000 および一般的な NTC サーミスタに役立ちます。