ADXL203型双轴加速计在倾斜度测量的应用

数变为560 mV/g。

　　0 g对应输出电压也与VS成比例，其值为VS/2。

　　输出噪声虽然不与VS成比例，但其大小也受到很大影响。因为当增大供电电压时，输出电压比例系数就会增大，而噪声电压保持不变。所以，噪声密度随着供电电压的增大而减小。当VS=3 V时，噪声密度为190μg／(Hz)1/2。

　　自检模式的g值输出可以粗略地认为与供电电压的平方成正比。而灵敏度系数又是与供电电压成比例的，所以自检模式时的电压输出就与供电电压的立方成正比。在VS=3 V时，自检输出典型值约为150 mV，对应的g值为270 mg。

　　当供电电压减小时，供电电流随之减小。3 V电压供电时的供电电流为450μA。

　　5 ADXL203在倾斜度测量中的应用

　　5.1 测量原理

　　ADXL203最常见的应用是进行倾斜度测量。加速计以重力矢量作为基准来测定物体的空间方位。当加速计的感应轴与重力方向垂直(即感应轴水平)时，它对倾斜度的变化是最敏感的，倾斜度每变化1，输出g值变化17.5 mg；当感应轴与水平成45角时，倾斜度每变化1，输出g值变化12.2 mg；而当感应轴与重力方向接近平行时(所感应到的加速度接近+g或-g)，倾斜度每变化1，加速计输出几乎没有什么变化。随着测量倾斜角度的增大，测量精度下降。

　　将加速计的X和Y轴都水平放置，就可以作为双轴倾斜计测量倾斜度，如图3所示。将输出模拟电压信号VX，VY换算成对应的g值变化量AX，AY为：

　　代入下面公式计算得到X、Y轴的倾斜角度俯仰角(pitch)和倾斜角(roll)。

　　 5.2 测量电路

　　ADXL203输出的是模拟电压信号。可直接进行A／D采样。这里选用ADI公司的单片机ADuC847，其内部集成了速度可以达到420 ks／s的24位△-∑ADC。硬件连接图如图4所示。

　　ADXL203输出的X、Y轴的测量信号分别经低通滤波，再通过差动输入方式输入ADC，其中VIN㈠端接2.5 V电压。而为了得到更高的精度，给ADC外接2.5 V参考电压。另外，为了滤除供电电源产生的噪声，图中采用0.1μF和10μF电容并联接入供电电路进行电源退耦。

　　5.3 参数设置及分析

　　设计的系统要求倾斜测量分辨率达到0.06，测量范围0～100则加速计及ADC的参数应该如何设置才能达到测量要求呢?下面对此进行分析。对于加速计ADXL203，测量得到的g与所测角度α的函数曲线是一段正弦曲线，如图5所示。由于g与α为非线性关系，所以测量范围内，α变化0.06对应的g值变化量会随所测量角度大小的变化而变化。

　　 当α=-10时，△g=1.03 mg。可见，加速计在0 g位置时具有最高灵敏度，随着倾斜角度的增大，灵敏度降低。所以系统至少要分辨出1.03mg的g值变化，对应电压输出变化量为1.03 mV。

　　ADXL203的可选带宽范围为0.5 Hz～2 500 Hz。这里是为了对某时刻的倾斜角进行测量，设置加速计1Hz带宽即可以满足测量要求。此时加速计噪声均方值为：

　　此时，滤波电容大小选为4.7μF。

　　其建立时间为ton=1604.7μF+4 ms=756 ms。

　　ADuC847内部集成的△-∑ADC数据刷新率越低，越有利于提高分辨率。可通过ADuC847内部SF寄存器设置ADC的数据刷新率为16.06 Hz。这样既可得到相同条件下更好的分辨率，又保证不丢失任何测量信号信息。加速计的0 g输出电压为2.5 V，输出电压范围为2.3 V～2.7 V，则相应选择ADC输入电压范围+320 mV即可。这时ADC达到17位无噪声码分辨率。于是：

　　LSB=640 mV／217=0.005 mV，量化噪声0.002 5 mV。

　　传感器输出信号中的噪声，将对ADC转换结果产生误差，影响精度。另一方面，ADC本身的有效输入噪声、量化噪声等都影响ADC转换精度。△-∑ADC利用过采样原理，通过数字滤波和抽取移去带外量化噪声并改善ADC的分辨率，提高转换精度。

　　6 结束语

　　ADXL203是晶体硅固体结构的加速计，受温度的影响极小，保证了系统的稳定性。利用ADXL203进行倾斜测量精度高，功耗低。而它体积小，双轴输入，又能减化电路的设计和安装。文中给出的电路易于实现，且功耗低，能达到很高的精度要求。