Промышленные акселерометры и их "интеллектуальное расширение"

Первые промышленные акселерометры, производимые с применением МСТ, были преимущественно одноосными, потом стали выпускать и двухосные. Сравнительно недорогие микросхемы двухосных акселерометров сейчас стали, например, применять в мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах, некоторых мониторах для автоматического поворота выводимого изображения при смене ориентации корпуса. Команду на смену ориентации изображения вырабатывает в них микросхема акселерометра, реагирующая на изменение направления ускорения земного притяжения.

Сейчас уже с десяток фирм (Analog Devices, Freescale Semiconductor, Hitachi Metals, Kionix, Oki Electric, STMicroelectronics и прочие) промышленно производят трехосные акселерометры. Как правило, их выпускают в стандартных корпусах микросхем. Например, трехосный акселерометр ADXL330 фирмы Analog Devices, который потребляет ток всего лишь 0,2 мА при напряжении питания от 2 В, выпускается в пластмассовом корпусе размером мм, предназначенном для поверхностного монтажа на плату. Выпускаются акселерометры как для диапазона малых значений ускорения (от до ), так и для диапазона больших ускорений (от до ) с точностью от 4% до 20% и с частотной полосой до нескольких килогерц. Они массово используются, например, в автомобилях в системах аварийного надувания подушек безопасности при угрозе столкновения.

Один из самых миниатюрных пьезорезистивных трехосных акселерометров НААМ-32 В, имеющий размеры мм, выпустила фирма HDK America Inc. В поле тяготения Земли этот сенсор дополнительно измеряет гравитационное ускорение и может определять углы наклона относительно горизонта. Он рассчитан на применение в портативных компьютерах, в МР3 плейерах, в мобильных телефонах, в контрольно-измерительных приборах, для защиты жестких компьютерных дисков от последствий падения.

Разработан пьезорезистивный акселерометр, измеряющий не только 3 компоненты линейного, но еще и 3 компоненты углового ускорения относительно трех ортогональных осей в полосе частот до 300 Гц. Этот сенсор очень хорошо показал себя даже в такой области, как распознавание человеческих жестов – по динамике изменения ускорений.

Промышленно выпускаются не только микросхемы акселерометров, но и их " интеллектуальные расширения " – с использованием микрокомпьютеров. Одна из типичных плат интеллектуального сенсора ускорений показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Типичная плата интеллектуального сенсора ускорений: 1 – микросхема акселерометра; 2 – микропроцессор; 3 – микросхема интерфейса; 4 – информационный порт; 5 – кварцевый генератор; 6 – регулятор напряжения; 7 – батарея питания

Сигналы, получаемые от микросхемы акселерометра 1, обрабатываются микроконтроллером 2. С помощью интерфейсной схемы 3 через порт 4 результаты измерения могут быть выведены на индикатор или во внешний компьютер. Через информационный порт 4 сенсор может общаться с внешним компьютером, переходить в другой режим работы, изменять уставки, чувствительность и диапазон измерений акселерометра и т.п. В соответствии с записанной микропрограммой сенсор может запоминать всю динамику движения (ускорение, скорости) за определенный промежуток времени, передать ее через свой интерфейс во внешнюю память. Микропроцессор существенно облегчает калибровку сенсора, обеспечивает возможность его самопроверки и самодиагностики.