Jste zde

Akcelerometry Freescale pro každou aplikaci

Antonín Vojáček, 4. Červenec 2007 - 0:00

I když se ve většině současných článcích o akcelerometrech, senzorech zrychlení, vyzdvihují převážně 3D typy, snímající v osách X, Y i Z, stále existuje mnoho aplikací, které si vystačí jen 1D nebo 2D senzorem. I ty lze najít v hojném množství v nabídce Freescalu, v různých provedeních, pouzdrech, rozsazích a citlivostech. Stačí jen zvolit ten pravý.

O konstrukci, principu a funkci integrovaných akcelerometrů již bylo na stránkách HW serveru a automatizace.HW.cz napsáno poměrně hodně, ale zatím nikde nebyl uceleně prezentován celý sortiment jednoho z předních výrobců v této oblasti senzoriky, firmy Freescale. Cílem tohoto článku by měl být přehled široké nabídky zahrnující velký počet řad a typů akcelerometrů označených jako MMAxxxx.

Troufám si napsat, že snad není běžné i méně obvyklé aplikace vhodná pro řešení akcelerometry, pro kterou by se nenašel nějaký vhodný senzor v nabídce Freescalu. Tu lze pro snadnější orientaci rozdělit podle několika kritérií:

  1. Podle měřeného směru zrychlení:
    • 1D - snímání pouze v jednom směru vybraného natočením nebo naklopením senzoru při instalaci
    • 2D - snímání ve dvou směrech (ve dvou osách), obvykle X a Y nebo X a Z, ale v praxi vše opět závisí na natočení senzoru při instalaci
    • 3D - měření ve všech třech osách X, Y a Z
  2. Podle měřícího rozsahu:
    • pro nízká g (low g) - vhodná pro měření hodnot zrychlení do cca 20 g
    • pro střední g (medium g) - vhodná pro měření hodnot zrychlení do cca 100 g
    • pro vysoká g (high g) - pro náročné aplikace, kde jsou objekty vystavené vysokým hodnotám zrychlení v hodnotách od 100 g výše, dnes až 300 g.
  3. Podle typu výstupu:
    • analogový - separátní napěťový výstup pro každý měřený směr (osu)
    • digitální - digitální sériový výstup I2C/SPI

Obecně by šlo rozdělit akcelerometry dle mnoha dalších vlastností a kritérií, jako například citlivost, velikosti napájení a hodnotě výstupních napětí při zrychlení 0 g apod.

1D Akcelerometry

I když by si někdo mohl říct, proč vyrábět či kupovat 1D akcelerometry, když lze využít moderní 3D senzory, mají stále svoje opodstatnění. 1D senzory se vyrábějí i pro vysoké hodnoty zrychlení až 300 g, přičemž 2D akcelerometry najdeme v rozsazích do cca 100 g a jemné 3D senzory jen do cca 20 g. Navíc jsou 1D akcelerometry jednodušší, mechanicky odolnější, častěji mají vyšší pracovní teplotní rozsah a jsou obvykle také levnější.

V této oblasti má Freescale následující zastoupení:

  • pro nízká g: akcelerometry pro osu Z - MMA12x0D, pro osu X - MMA2260D
  • pro střední g: akcelerometry pro osu X - MMA2244D, MMA220xD
  • pro vysoká g: akcelerometry pro osu Z - MMA121xD, MMA1200D, pro osu X - MMA230xD

Vnitřní bloková struktura 1D akcelerometrů MMA2244D a MMA127xD

Akcelerometr MMA2244D

Základní parametry:

  • Měřící osa: Z
  • Měřící rozsah: 0 až 22.5 g
  • Citlivost: 100 mV/g a 20 mV/g/V
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 400 Hz
  • Výstup: jednokanálový napěťový lineární s hodnotou 2.5 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 5 V DC
  • Pracovní teplota: -40°C až 125 °C

 

Akcelerometr MMA12x0D

Základní parametry:

  • Měřící osa: Z
  • Měřící rozsah: 0 až 1.5/2.5/5/8 g (MMA1260/1270/1250/1220)
  • Citlivost: 1200/750/400/250 mV/g
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 50/250 Hz
  • Výstup: napěťový lineární s hodnotou 2.5 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 5 V DC
  • Pracovní teplota: -40°C až 105 °C

 

Akcelerometr MMA230xD

Základní parametry:

  • Měřící osa: X
  • Měřící rozsah: 0 až 281 g
  • Citlivost: 8 mV/g a 1.6 mV/g/V
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 400 Hz
  • Výstup: napěťový lineární s hodnotou 2.5 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 5 V DC
  • Pracovní teplota: -40°C až 125 °C

 

Akcelerometr s měřící osou X je citlivý na statické zrychlení pouze při kolmém připevnění k povrchu země

2D Akcelerometry

V případě, že je potřeba měřit zrychlení ve dvou směrech (osách), jsou v zásadě možné dvě možnosti:

  1. Použít dva 1D akcelerometry vzájemně otočené o 90°C
  2. Použít jeden 2D akcelerometr
  3. Použít 3D akcelerometr a využívat výstup jen dvou os

Ve většině aplikací je finančně i implementačně výhodnější použít tu druhou variantu, tedy 2D senzor. Pouze v aplikacích, kde je vyžadováno měření obrovských zrychlení o velikostech stovek g nebo úplné oddělení zpracování obou kanálů, je vhodné sáhnout pro variantě první.

2D senzor se hodí a volí hlavně pro snímání a měřené pohybu, rychlosti a zrychlení po zemi (podložce) se pohybujících předmětů (např. regulaci smyku automobilů, natáčení robotů) nebo vibrací rotujících částí (např. házivost motorů, detekce kvality ložisek apod.). Jejich struktura je podobná jako u 1D akcelerometrů, s tím, že vnitřní MEMS detekční pohyblivý systém (snímač) je pouze dvojitý, tzn. reaguje na setrvačné síly generované zrychlením ve dvou na sebe kolmých směrech. Prakticky se to dá přirovnat k miniaturizované DPS (desce plošných spojů) se dvěma o 90° vzájemně pootočenými 1D senzory. Co se týče vnitřního zpracování signálů ze snímačů, tak oba kanály se zpracovávají samostatně na dva signálové výstupy, přičemž regulační parametry, jako velikost zesílení (citlivost), koeficient teplotní kompenzace, filtrace, jsou obvykle pro oba kanály stejné. V případě potřeby výrazně rozdílných parametrů v jednotlivých kanálech je potřeba naopak použít variantu se dvěma senzory (součástkami).

Hlavními představiteli 2D Freescale akcelerometrů jsou:

  • pro nízká g - MMA626xQ, MMA627xQT, MMA628xQT
  • pro střední g - MMA320xD

Vnitřní bloková struktura akcelerometrů MMA626xQ měřící zrychlení v osách X a Y

Akcelerometr MMA626xQ

Základní parametry:

  • Měřící osy: XY
  • Měřící rozsah: 0 až 1.5 g
  • Citlivost: 800 mV/g
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 50 až 900 Hz
  • Výstup: jednokanálový napěťový lineární s hodnotou 1.65 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 3.3 V DC
  • Pracovní teplota: -20°C až 85 °C

 

Akcelerometr MMA628xQ

Základní parametry:

  • Měřící osy: XZ
  • Měřící rozsah: 1.5/2/4/6 g (MMA6280Q), 2.5/3.3/6.7/10 (MMA6281Q)
  • Citlivost: 800/600/300/200
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 350 Hz v ose X a 150 Hz v ose Z
  • Výstup: dvoukanálový napěťový lineární s hodnotou 1.65 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 3.3 V DC
  • Pracovní teplota: -40°C až 105 °C

 

Akcelerometr MMA320xD

Základní parametry:

  • Měřící osy: XY
  • Měřící rozsah: 45/112.5 g v ose X a 45/56.3/33.75 g v ose Y pro 3201/3202/3204
  • Citlivost: 50/20 mV/g v ose X a 50/40/66.67 mV/g v ose Y
  • Nelinearita: max. 1 %
  • Šířka pásma: 400 Hz
  • Výstup: dvoukanálový napěťový lineární s hodnotou 2.5 V při 0 g
  • Napájecí napětí: 5 V DC
  • Pracovní teplota: -40°C až 125 °C

 

3D Akcelerometry

O principu a struktuře 3D akcelerometrů Freescale již bylo napsáno několik článků vydaných na stránkách HW serveru či automatizace.HW.cz. A proto bych se zde pouze zmínil, že 3D akcelerometry najdeme v nabídce Freescalu jen pro nízké hodnoty zrychlení do 10 g a tedy pokud aplikace vyžaduje měření větších zrychlení, je nutné použít 2 senzory, například 2D akcelerometr XY a 1D akcelerometr pro osu Z.

Možnostech volby 3D senzoru v nabídce Freescalu jsou následující:

 

Závěr

Nabídka Freescalu je opravdu rozsáhlá a další typy, hlavně 3D akcelerometrů, budou následovat. V tomto směru patří budoucnost digitálnímu rozhraní, které umožňuje dále zmenšovat pouzdra a hlavně snižovat počet pinů. Sériovou komunikací totiž lze pomocí jen dvou vývodů přenášet informace o všech třech směrech a hodnoty v podobě digitálních čísel jsou více odolné proti rušení.

Jednotlivé řady nabízí výběr až z několik desítek typů a proto ani náznakem nebylo možné na všechny zajímavé akcelerometry upozornit. Proto všem zájemcům o tyto součástky doporučuji navštívit firemní stránky www.freescale.com, kde najdete přehledy, porovnání, bloková i podrobná schémata, obecné i detailní popisy. V případě zájmu o koupi některého z procesorů odkazuji na pražské zastoupení firmy Spoerle (skelca@arrowce.com).

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: