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가속도계 범위 및 감도

감도 및 전체 범위 사양으로부터 가속도계 출력 전압, ADC 분해능 및 LSB당 mg를 계산합니다.

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공식

V_out = V_ref/2 ± (S × a)

S — Sensitivity (mV/g)
a — Acceleration (g)

작동 방식

가속도계는 가속도를 전기 신호로 변환합니다.아날로그 MEMS 가속도계 (예: ADXL335) 는 가속도에 비례하는 전압을 출력합니다. V_out = V_ref/2 + S × a. 여기서 S는 mV/g 단위의 감도, a는 g 단위의 가속도, V_ref/2는 제로 g 출력 (미드 레일) 입니다.감도 S는 데이터시트에서 가져온 것으로 전체 범위에 따라 달라집니다. 범위가 넓을수록 감도가 낮아집니다 (g당 mV 감소).디지털 가속도계 (예: MPU-6050, LIS3DH) 는 구성 가능한 스케일 팩터로 디지털 카운트를 출력합니다.분해능 (단위: mg/LSB) 은 ADC 비트 심도 및 공급 전압에 따라 달라집니다. N비트 ADC 및 V_cc 전원 공급 장치의 경우 LSB당 전압은 v_CC/2^n이고 LSB당 가속도는 (V_CC/2^n × 1000) /smg입니다.예를 들어, S = 300mV/g, 12비트 ADC, 3.3V 전원 공급 장치를 갖춘 ADXL335 제품은 3300/4096 = 0.806mV/LSB 또는 0.806/300 = 2.7mg/LSB를 제공합니다.대역폭은 출력 핀의 RC 필터를 통해 설정됩니다. 10μF 커패시터는 지진 응용 분야에 약 0.5Hz 대역폭을 제공하는 반면 0.1μF는 진동 측정에 약 50Hz의 대역폭을 제공합니다.

계산 예제

문제: ADXL335 시스템의 S = 300mV/g이고 전체 범위는 ±3g입니다. 3.3V에서 전원이 공급되며 10비트 ADC에 공급됩니다.출력 전압은 1g이고 분해능은 mg/LSB 단위로 확인할 수 있습니다.
해결 방법:
1.제로 G 출력: V= 3.3/2 = 1.65V
2.1g에서의 출력: V_OUT = 1.65 + 0.300 × 1 = 1.95V
3.ADC 개수 = 2^10 = 1024, LSB당 전압 = 3.3/1024 = 3.22mV
4.LSB당 가속도 = 3.22 mV/300 mV/g = 0.01073 g = 10.7 mg/LSB
결과: 1g에서 출력은 1.95V이며 ADC 단계당 분해능은 10.7mg입니다.

실용적인 팁

  • ✓PCB를 측정 구조물에 단단히 부착한 상태로 가속도계를 장착합니다. PCB 자체의 모든 기계적 공진은 공진 주파수에서 가속 신호로 나타납니다.
  • ✓기울기 감지의 경우 1~10Hz 대역폭 (대형 필터 캡) 을 사용하고, 진동 모니터링의 경우 100Hz—1kHz 대역폭을 사용하고, 충격 감지의 경우 필터가 없는 최대 대역폭을 사용합니다.
  • ✓±1 g (수평 플립) 에서 출력을 측정하여 보정하여 실제 감도와 제로 g 오프셋을 결정하십시오. 둘 다 공칭 사양에서 ±10-15% 차이가 납니다.

흔한 실수

  • ✗잘못된 공급 전압으로 인한 감도 사양 사용 — ADXL335 감도는 V_cc에 따라 270~330mV/g까지 다양하므로 항상 공급 전압에 해당하는 감도를 사용하십시오.
  • ✗±g의 풀타임 범위를 피크-투-피크 — ±3g과 혼동하면 센서가 +3g 및 -3g으로 포화되어 피크 간 피크 간 6g이 되고, 풀 스케일 전압 스윙은 2 × S × FS_Range입니다.
  • ✗출력 필터 대역폭을 무시하고 필터 커패시터를 분리한 상태로 두면 최대 대역폭 (ADXL335 기준 약 1.6kHz) 과 높은 잡음이 발생합니다. 애플리케이션 대역폭에 적합한 권장 커패시터를 추가하십시오.

자주 묻는 질문

아날로그 가속도계는 가속도에 비례하는 연속 전압을 출력하며 외부 ADC가 필요합니다.디지털 가속도계 (I²C 또는 SPI 출력) 에는 내부 ADC가 포함되어 있으며 디지털 카운트를 직접 제공하므로 펌웨어를 간소화하고 PCB 트레이스에서 발생하는 아날로그 노이즈를 방지할 수 있습니다.디지털 유형에는 구성 가능한 전체 범위, FIFO 버퍼 및 인터럽트 출력이 포함되는 경우가 많습니다.
주어진 가속도에 대한 MEMS 증명 질량 변위는 기계 구조의 물리적 범위 내에 있어야 합니다.g 범위가 넓으면 정전기 복원력이 증가하여 (g당 변위 감소) g당 전압 출력이 낮아집니다. ±2g 센서는 민감도가 더 높지만 ±16g 센서보다 낮은 가속도에서 포화됩니다.
차단 주파수가 관심 신호보다 낮은 고역 통과 필터를 적용합니다 (예: 진동의 경우 0.5—2Hz).펌웨어에서는 이동 평균을 빼거나 DC 블로킹 IIR 필터를 사용하십시오.기울기 감지의 경우 DC를 보존해야 합니다. 이 경우에는 대신 알려진 제로 g 오프셋을 보정하고 빼야 합니다.

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