CN106771353A - 加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

一种加速度传感器，包括：至少适于测量静态加速度的加速度传感器芯体，所述加速度传感器芯体为三线工作加速度传感器芯体；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端和接地端的稳压单元，所述稳压单元为加速度传感器芯体提供稳定的电压；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端，输出端和接地端的滤波单元，所述滤波单元为加速度传感器芯体的输出提供降低高频干扰；耦接于所述加速度传感器芯体电源端，接地端和滤波单元的转换单元，所述转换单元用于将加速度传感器芯体的三线工作转换为两线工作。本申请的加速度传感器能够测量静态加速度且兼容IEPE接口，简化了布线并且能够弥补现有的IEPE传感器无静态响应的缺陷。

Description

加速度传感器
技术领域
本发明涉及MEMS领域，尤其涉及一种加速度传感器。
背景技术
加速度传感器的一种标准接口为压电集成电路接口(integral electronicpiezoelectric,IEPE)。IEPE接口的加速度传感器用恒流电路供电，同时在供电回路上输出电压，其广泛应用在振动和加速度测量领域。
现有的IEPE接口的加速度传感器的敏感单元大部分为压电陶瓷或者压电晶体，其仅能用于测量动态加速度(例如，振动加速度)，但其难以用于测量静态加速度(例如，引力加速度)。而现有的用于测量静态加速度的MEMS加速度器无法兼容于IEPE接口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够测量静态加速度且兼容IEPE接口的加速度传感器。
为了解决上述问题，本发明提供了一种加速度传感器，包括：至少适于测量静态加速度的加速度传感器芯体，所述加速度传感器芯体为三线工作加速度传感器芯体，所述三线工作加速度传感器芯体包括电源端，输出端和接地端；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端和接地端的稳压单元，所述稳压单元为加速度传感器芯体提供稳定的电压；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端，输出端和接地端的滤波单元，所述滤波单元为加速度传感器芯体的输出提供降低高频干扰；耦接于所述加速度传感器芯体电源端，接地端和滤波单元的转换单元，所述转换单元用于将加速度传感器芯体的三线工作转换为两线工作。
可选的，所述稳压单元为分流型稳压器、稳压二极管、串联型稳压器或开关型稳压器。
可选的，所述稳压单元为输出电压为2.5-5伏的稳压源芯片。
可选的，所述加速度传感器芯体为可变电容型MEMS加速度传感器、可变电阻型MEMS加速度传感器或热气体对流型型MEMS加速度传感器。
可选的，所述加速度传感器芯体为供电电压为2.5-5伏的传感器芯片。
可选的，所述滤波单元为一阶滤波器、二阶滤波器或高阶滤波器。
可选的，所述滤波单元包括第一级滤波器。
可选的，所述第一级滤波器包括运算放大器和电容。
可选的，还包括，三线工作加速度传感器芯体，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容，第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，稳压二极管，第一运算放大器，第二运算放大器，第一MOS管，其中，第一电容的第一端，第二电阻的第一端，稳压二极管的负极以及第一MOS管的漏极耦接于三线工作加速度传感器芯体的电源端，第一运算放大器的同相输入端和第二电容的第一端耦接于三线工作加速度传感器芯体的输出端，第一运算放大器的反相输入端耦接于第一运算放大器的输出端和第五电阻的第一端，第五电阻的第二端耦接于第二电阻的第二端和第二运算放大器的同相输入端，第一MOS管的源极耦接于第一运算放大器的正电源端、第一电阻的第二端和第四电容的第一端，第一电阻的第一端耦接于恒流电源，第二电阻的第一端耦接于第一电阻的第一端，第二电阻的第二端耦接于第二运算放大器的反相输入端、第四电阻的第一端和第三电容的第一端，第一MOS管的栅极、第三电容的第二端耦接于第二运算放大器的输出端，第一电容的第二端、稳压二极管的正极、三线工作加速度传感器芯体的接地端、第二电容的第二端、第四电阻的第二端，第四电容的第二端、第一运算放大器的负电源端接地。
可选的，所述第一MOS管为P型增强MOS管。
本发明提供的加速度传感器能够测量静态加速度且兼容IEPE接口，简化了布线并且能够弥补现有的IEPE传感器无静态相应的缺陷。
附图说明
图1为本发明一实施例的加速度传感器的内部功能示意图；
图2为本发明一实施例的加速度传感器的电路示意图。
具体实施方式
在发明的任何实施例被详细地解释之前，可以理解的，本发明不限于陈述于本申请的下面描述或下面图示的结构和组分安排的细节。本发明以不同的方式适于其他实施例和被实践或被实施。同样地，可以理解的，于此被运用的措辞和术语是为了描述的目的而不应当被认为是限制。“包含”，“包括”或“具有”和在此它们的变型的运用有意要包含其后列出的项目及它的等同和额外的项目。术语“安装”，“连接”和“耦合”被广泛地应用并且包含既直接又间接地安装，连接和耦合。进一步地，“连接”和“耦合”不受限于物理或机械连接或偶接，并且能包括电学连接或耦合，无论直接或间接。另外，电子通讯和通知可以用包括直接连接，无线连接等任何已知的手段被执行。
应该注意的是，基于设备的多数的硬件和软件，以及多数的不同结构组件可以利用于实施本发明。此外，可以被理解的是，本发明的实施例可以包括硬件，软件，和电子组件或模块，为了目的的讨论，可以被举例说明或描述犹如大多数组件被单独实施于硬件。但是，本领域的普通技术人员，基于对具体的描述的阅读，能够识别，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的一个方面可以实施于被一个或多个电子处理执行的软件(例如，存储于非暂时计算机可读媒体)。同样地，需要注意的是，基于设备的多数的硬件和软件以及多数的不同结构组件可以利用于实施本发明。此外，依照后续段落的描述，在附图中显示的特殊配置意图是本发明的示例性实施例且其他可选择的配置也是可能的。
本实施例提供一种加速度传感器100，请参考图1，包括：加速度传感器芯体101；稳压单元102，滤波单元103，转换单元104。
在一些实施例中，所述加速度传感器芯体101至少适于测量静态加速度。作为一些实施例，所述加速度传感器芯体101为可变电容型MEMS加速度传感器、可变电阻型MEMS加速度传感器或热气体对流型型MEMS加速度传感器。例如，所述加速度传感器芯体101为供电电压为2.5-5伏的传感器芯片。
在一些实施例中，所述加速度传感器芯体101为三线工作加速度传感器芯体，所述三线工作加速度传感器芯体包括电源端，输出端和接地端。
在一些实施例中，所述稳压单元102适于为加速度传感器芯体101提供稳定的电压。在一些实施例中，所述稳压单元102耦接于所述加速度传感器芯体101的电源端和接地端。
在一些实施例中，所述稳压单元102可以为分流型稳压器、稳压二极管、串联型稳压器或开关型稳压器。具体地，所述稳压单元为输出电压为2.5-5伏的稳压源芯片。
在一些实施例中，所述滤波单元103为加速度传感器芯体的输出提供降低高频干扰。作为一些实施例，所述滤波单元103为一阶滤波器、二阶滤波器或高阶滤波器。作为一些实施例，所述滤波单元103可以由运算放大器和电容组成。
在一些实施例中，所述滤波单元103耦接于所述加速度传感器芯体101的电源端，输出端和接地端。
在一些实施例中，所述转换单元104用于将加速度传感器芯体101的三线工作转换为两线工作。在一些实施例中，所述转换单元104可以由运算放大器和功率放大器组成。作为一些实施例，所述转换单元104耦接于所述加速度传感器芯体电源端，接地端和滤波单元。
下面结合一具体实施例，请参考图2，对本申请的加速度传感器进行示范性描述。
在一些实施例中，所述加速度传感器200包括：三线工作加速度传感器芯体U2，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R44，第五电阻R5，稳压二极管U1，第一运算放大器U3A，第二运算放大器U3B，第一MOS管Q1。
其中，第一MOS管Q1为P型增强MOS管；第一电容C1的第一端，第二电阻C2的第一端，稳压二极管U1的负极以及第一MOS管Q1的漏极耦接于三线工作加速度传感器芯体U2的电源端，第一运算放大器U3A的同相输入端和第二电容C2的第一端耦接于三线工作加速度传感器芯体U2的输出端，第一运算放大器U3A的反相输入端耦接于第一运算放大器U3A的输出端和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端耦接于第二电阻222的第二端和第二运算放大器242的同相输入端，第一MOS管Q1的源极耦接于第一运算放大器U3A的正电源端、第一电阻R1的第二端和第四电容C4的第一端，第一电阻R1的第一端耦接于恒流电源V1，第二电阻R2的第一端耦接于第一电阻R1的第一端，第二电阻R2的第二端耦接于第二运算放大器U3B的反相输入端、第四电阻R4的第一端和第三电容C3的第一端，第一MOS管Q1的栅极、第三电容C3的第二端耦接于第二运算放大器U3B的输出端，第一电容C1的第二端、稳压二极管U1的正极、三线工作加速度传感器芯体U2的接地端、第二电容C2的第二端、第四电阻R4的第二端，第四电容C4的第二端、第一运算放大器U3A的负电源端接地。
其中，第一运算放大器U3A作为跟随器，将三线工作加速度传感器芯体U2的输出阻抗变低。由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第二运算放大器U3B组成网络调节输出信号的电压偏置点和增益，将静态偏置电压设置为8-13伏，输出动态电压范围为-5-+5伏。其中第一MOS管Q1作为缓冲器，提高运算放大器的电流输出能力。第二电容C2和第一运算放大器U3A组成低通滤波器，作为第一级滤波，降低加速度传感器的高频干扰。其中第三电容C3、第三电阻R3和第四电阻R4组成低通滤波器，作为第二级滤波，进一步降低产品高频干扰。
具体地，恒流电源输入电流为2-20毫安；稳压二极管U1将电压钳位在3伏，以确保三线工作加速度传感器芯体U2正常工作。以三线工作加速度传感器芯体U2为量程为6g的MESM传感器为例，量程为6g的MESM传感器输出静态电压约为1.5伏，灵敏度约为0.2V/g。其中，第一运算放大器U3A作为电压缓冲器，输出电压跟随三线工作加速度传感器芯体U2的输出。而第二电阻R2和第五电阻R5组成分压系统，在第二运算放大器U3B的的正向输入点，电压被调整为：静态电压1.846伏，灵敏度为0.1538伏。第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U3B、第一MOS管Q1和第一电阻R1组成同相放大器，增益为6.5倍。在恒流电源输入端，电压被调整为：静态电压12伏，灵敏度为1V/g，输出满足5gIEPE传感器标准。并且可以根据需要，调节第二电容R2和第三电阻R3的值，以设置低通滤波拐点频率。需要说明的是，第一电阻R1为限流电阻，第四电容C4为去耦电容，可以保护加速度传感器在脉冲干扰下不被损坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种加速度传感器，其特征在于，包括：
至少适于测量静态加速度的加速度传感器芯体，所述加速度传感器芯体为三线工作加速度传感器芯体，所述三线工作加速度传感器芯体包括电源端，输出端和接地端；
耦接于所述加速度传感器芯体的电源端和接地端的稳压单元，所述稳压单元为加速度传感器芯体提供稳定的电压；
耦接于所述加速度传感器芯体的输出端和接地端的滤波单元，所述滤波单元为加速度传感器芯体的输出提供降低高频干扰；
耦接于所述加速度传感器芯体电源端，接地端和滤波单元的转换单元，所述转换单元用于将加速度传感器芯体的三线工作转换为两线工作。
2.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述稳压单元为分流型稳压器、稳压二极管、串联型稳压器或开关型稳压器。
3.如权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，所述稳压单元为输出电压为2.5-5伏的稳压源芯片。
4.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述加速度传感器芯体为可变电容型MEMS加速度传感器、可变电阻型MEMS加速度传感器或热气体对流型MEMS加速度传感器。
5.如权利要求4所述的加速度传感器，其特征在于，所述加速度传感器芯体为供电电压为2.5-5伏的传感器芯片。
6.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述滤波单元为一阶滤波器、二阶滤波器或高阶滤波器。
7.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述滤波单元包括一级或多级滤波器。
8.如权利要求7所述的加速度传感器，其特征在于，所述滤波单元包括运算放大器和电容。
9.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，还包括，三线工作加速度传感器芯体，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容，第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，稳压二极管，第一运算放大器，第二运算放大器，第一MOS管，其中，第一电容的第一端，第二电阻的第一端，稳压二极管的负极以及第一MOS管的漏极耦接于三线工作加速度传感器芯体的电源端，第一运算放大器的同相输入端和第二电容的第一端耦接于三线工作加速度传感器芯体的输出端，第一运算放大器的反相输入端耦接于第一运算放大器的输出端和第五电阻的第一端，第五电阻的第二端耦接于第二电阻的第二端和第二运算放大器的同相输入端，第一MOS管的源极耦接于第一运算放大器的正电源端、第一电阻的第二端和第四电容的第一端，第一电阻的第一端耦接于恒流电源，第二电阻的第一端耦接于第一电阻的第一端，第二电阻的第二端耦接于第二运算放大器的反相输入端、第四电阻的第一端和第三电容的第一端，第一MOS管的栅极、第三电容的第二端耦接于第二运算放大器的输出端，第一电容的第二端、稳压二极管的正极、三线工作加速度传感器芯体的接地端、第二电容的第二端、第四电阻的第二端，第四电容的第二端、第一运算放大器的负电源端接地。
10.如权利要求9所述的加速度传感器，其特征在于，所述第一MOS管为P型增强MOS管。
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