CN216160678U - 一种低噪声三轴加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种低噪声三轴加速度传感器，包括一个电源滤波电容，一个电压转换器，至少四个ADXL316传感器元件以及三个AD8476全差分放大器，至少四个ADXL316传感器元件并联连接，该传感器通过至少四个ADXL316传感器元件的XYZ轴采集震动信号，提供经过信号调理的电压输出，并经三个AD8476全差分放大器增益放大，通过无线通讯模块将测试数据传输至接收终端，该传感器采用至少四个ADXL316传感器元件并联模式能采集到更小的信号源，提高传感器的信噪比及灵敏度，该传感器特别适合用于航空/航天研发领域常见的低频应用，本实用新型结构简单，功能强大，具有较大的商业价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，特别是一种低噪声三轴加速度传感器。
背景技术
MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
在加速度传感器中有一种是三轴加速度传感器，同样的它是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。由于三轴加速度传感器也是基于重力原理的，因此用三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的倾角，通过校正后期精度要高于双轴加速度传感器大于测量角度为60度的情况。
目前的三轴加速度传感器大多采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集，这个和普通的加速度传感器是基于同样的原理，所以在一定的技术上三个单轴就可以变成一个三轴。
在航天航空领域中，三轴加速度传感器有着比较多的应用，无论是飞机速度的控制，还是机身角度姿态保持等，都起到了关键的作用，因而对三轴加速度传感器的灵敏度有着更高的要求，加速度传感器的灵敏度是指其输出信号量(电压/电荷)与输入信号量(加速度)的比值，灵敏度越高，则信噪比就越大，静电干扰和电磁干扰噪声也就越小，目前，伴随着MEMS技术的发展，MEMS加速度传感器在航空航天领域也得到了进一步地改进与发展，为了进一步提高三轴加速度的计算精度，现设计了一种低噪声加速度传感器，这种改进之后的传感器特别适合用于航空/航天研发领域常见的低频应用。
实用新型内容
为了进一步提高三轴加速度的计算精度，本实用新型提供了一种低噪声三轴加速度传感器，包括一个电源滤波电容，一个电压转换器，至少四个ADXL316传感器元件以及三个AD8476全差分放大器，所述至少四个ADXL316传感器元件并联连接，每个所述ADXL316传感器元件的一侧端的引脚伸出与第一电容连接，每个所述ADXL316传感器元件的另一侧端均设置有引脚XOUT、引脚YOUT和引脚ZOUT，
其中，每个所述ADXL316传感器元件的引脚XOUT、每个所述ADXL316传感器元件的引脚YOUT以及每个所述ADXL316传感器元件的引脚ZOUT分别对应连接所述AD8476全差分放大器中的一个并构成三条输出电路。
优选地，所述至少四个ADXL316传感器元件的每个引脚XOUT连接第二电容的一端构成第一并联通路，所述第二电容的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件的每个引脚YOUT连接第三电容的一端构成第二并联通路，所述第三电容的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件的每个引脚ZOUT连接第四电容的一端构成第三并联通路，所述第四电容的另一端接地；
其中，所述第二电容、第三电容、第四电容用于选择所述至少四个ADXL316传感器元件的X、Y、Z各轴的带宽。
优选地，所述三个AD8476全差分放大器包括第一AD8476全差分放大器、第二AD8476全差分放大器、第三AD8476全差分放大器，其中，
所述第一AD8476全差分放大器连接第五电容、第一电阻及第二电阻，所述第五电容一端接地，所述第二电阻一端接地；
所述第二AD8476全差分放大器连接第六电容、第三电阻及第四电阻，所述第六电容一端接地，所述第四电阻一端接地；
所述第三AD8476全差分放大器连接第七电容、第五电阻及第六电阻，所述第七电容一端接地，所述第六电阻一端接地。
优选地，所述至少四个ADXL316传感器元件为四个，包括第一ADXL316传感器元件、第二ADXL316传感器元件、第三ADXL316传感器元件、第四ADXL316传感器元件。
优选地，还包括一壳体，所述壳体内至少包括一电路板，所述电源滤波电容、电压转换器、至少四个ADXL316传感器元件以及三个AD8476全差分放大器被集成于所述电路板上。
优选地，还包括一无线通讯模块，所述无线通讯模块连接所述电路板，在工作状态下，通过所述无线通讯模块将测试数据传输至一接收终端。
优选地，所述壳体被固定在待测试机构的外表面。
优选地，将所述壳体的强阳极铝侧安装到待测试机构以实现与地绝缘粘合安装。
优选地，所述待测试机构为航天飞行器。
本实用新型提供了一种低噪声三轴加速度传感器，包括一个电源滤波电容，一个电压转换器，至少四个ADXL316传感器元件以及三个AD8476全差分放大器，至少四个ADXL316传感器元件并联连接，每个ADXL316传感器元件的引脚XOUT、每个ADXL316传感器元件的引脚YOUT以及每个ADXL316传感器元件的引脚ZOUT分别对应连接AD8476全差分放大器中的一个，该传感器通过至少四个ADXL316传感器元件的XYZ轴采集震动信号，提供经过信号调理的电压输出，并经三个AD8476全差分放大器增益放大，通过无线通讯模块将测试数据传输至接收终端，该传感器采用至少四个ADXL316传感器元件并联模式能采集到更小的信号源，提高传感器的信噪比及灵敏度，采用四个ADXL316传感器元件并联时可以使信噪比提高6dB，该传感器特别适合用于航空/航天研发领域常见的低频应用，具体来说，对于航空/航天领域，常通过地面和飞行测试，对动力学和结构振动进行评估，以评价其性能参数、可靠性和完整性，本实用新型结构简单，功能强大，具有较大的商业价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本实用新型的具体实施方式的，一种低噪声三轴加速度传感器的电路连接示意图；
图2示出了本实用新型的具体实施方式的，一种低噪声三轴加速度传感器的拓扑图；
图1、图2中：电源滤波电容1；电压转换器2；ADXL316传感器元件3；第一ADXL316传感器元件31；第二ADXL316传感器元件32；第三ADXL316传感器元件33；第四ADXL316传感器元件34；第二电容35；第三电容36；第四电容37；AD8476全差分放大器4；第一AD8476全差分放大器41；第二AD8476全差分放大器42；第三AD8476全差分放大器43；第一电阻411；第二电阻412；第三电阻421；第四电阻422；第五电阻431；第六电阻432；第一电容5；第五电容6；第六电容7；第七电容8；壳体9；电路板91；无线通讯模块92；接收终端10；待测试机构11。
具体实施方式
为了更好的使本实用新型的技术方案清晰地表示出来，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1示出了本实用新型的具体实施方式的，一种低噪声三轴加速度传感器的电路连接示意图，为了进一步提高三轴加速度的计算精度，本实用新型提供了一种低噪声三轴加速度传感器，包括一个电源滤波电容1，一个电压转换器2，至少四个ADXL316传感器元件3以及三个AD8476全差分放大器4，所述至少四个ADXL316传感器元件3并联连接，每个所述ADXL316传感器元件3的一侧端的引脚伸出与第一电容5连接，每个所述ADXL316传感器元件3的另一侧端均设置有引脚XOUT、引脚YOUT和引脚ZOUT，
其中，每个所述ADXL316传感器元件3的引脚XOUT、每个所述ADXL316传感器元件3的引脚YOUT以及每个所述ADXL316传感器元件3的引脚ZOUT分别对应连接所述AD8476全差分放大器4中的一个并构成三条输出电路。
本领域技术人员理解，本实用新型提供了一种低噪声三轴加速度传感器，包括一个电源滤波电容1，一个电压转换器2，至少四个ADXL316传感器元件3以及三个AD8476全差分放大器4，至少四个ADXL316传感器元件3并联连接，每个ADXL316传感器元件3的引脚XOUT、每个ADXL316传感器元件3的引脚YOUT以及每个ADXL316传感器元件3的引脚ZOUT分别对应连接AD8476全差分放大器4中的一个，该传感器通过至少四个ADXL316传感器元件3的XYZ轴采集震动信号，提供经过信号调理的电压输出，并经三个AD8476全差分放大器4增益放大，这种采用至少四个ADXL316传感器元件3并联模式的传感器能采集到更小的信号源，提高了传感器的信噪比及灵敏度，进一步提高了三轴加速度的计算精度。
进一步地，所述至少四个ADXL316传感器元件3的每个引脚XOUT连接第二电容35的一端构成第一并联通路，所述第二电容35的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件3的每个引脚YOUT连接第三电容36的一端构成第二并联通路，所述第三电容36的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件3的每个引脚ZOUT连接第四电容37的一端构成第三并联通路，所述第四电容37的另一端接地；
其中，所述第二电容35、第三电容36、第四电容37用于选择所述至少四个ADXL316传感器元件3的X、Y、Z各轴的带宽。
进一步地，所述三个AD8476全差分放大器4包括第一AD8476全差分放大器41、第二AD8476全差分放大器42、第三AD8476全差分放大器43，其中，
所述第一AD8476全差分放大器41连接第五电容6、第一电阻411及第二电阻412，所述第五电容6一端接地，所述第二电阻412一端接地；
所述第二AD8476全差分放大器42连接第六电容7、第三电阻421及第四电阻422，所述第六电容7一端接地，所述第四电阻422一端接地；
所述第三AD8476全差分放大器43连接第七电容8、第五电阻431及第六电阻432，所述第七电容8一端接地，所述第六电阻432一端接地。
上述电路中，第一电阻411及第二电阻412、第三电阻421及第四电阻422、第五电阻431及第六电阻432，三组电阻左右对称，以形成理想的差分输出，同时抑制有害的共模信号。
进一步地，所述至少四个ADXL316传感器元件3为四个，包括第一ADXL316传感器元件31、第二ADXL316传感器元件32、第三ADXL316传感器元件33、第四ADXL316传感器元件34，经过分析计算，所述至少四个ADXL316传感器元件3为四个时，第一ADXL316传感器元件31、第二ADXL316传感器元件32、第三ADXL316传感器元件33、第四ADXL316传感器元件34并联，测试幅度增加12dB，噪声增加6dB，所以信噪比提高6dB，所述三轴加速度传感器通过传感器元件并联能采集到更小的信号源，达到低噪声的有益效果。
进一步地，还包括一壳体9，所述壳体9内至少包括一电路板91，所述电源滤波电容1、电压转换器2、至少四个ADXL316传感器元件3以及三个AD8476全差分放大器4被集成于所述电路板91上，将各电器件集成到一个电路板91上能使传感器体积小，质量轻，更能满足各个方面的需要。
图2示出了本实用新型的具体实施方式的，一种低噪声三轴加速度传感器的拓扑图，进一步地，所述三轴加速度传感器的壳体9还包括一无线通讯模块92，所述无线通讯模块92连接所述电路板91，在工作状态下，通过所述无线通讯模块92将测试数据传输至一接收终端10，本领域技术人员理解，所述无线通讯模块92可以为远程通讯模块或者近程通讯模块，远程包括蜂窝网络，近程则是通过蓝牙、zigbee、wifi等等，通过将传感器安装在航天器上，然后在工作状态下获取测试数据，并将测试数据通过电路板91传输至无线通讯模块92，无线通讯模块92无线传输至接收终端10进行分析、统计、计算并得出反馈。
进一步地，所述壳体9被固定在待测试机构11的外表面，为确保测量可靠准确，安装表面必须保持干净平整，可利用随机提供的螺柱，将加速度传感器直接固定到待测试结构11上，为了防止电磁干扰，所述壳体9为金属立方体外壳,在立方体外壳底面的四角有伸出的与螺柱对应的螺孔，随机提供的螺柱穿过螺孔将所述低噪声三轴加速度传感器的壳体9固定在待测试机构11的外表面。
进一步地，将所述壳体9的强阳极铝侧安装到待测试机构11以实现与地绝缘粘合安装，所述壳体9为铝合金制成，将所述壳体9的与待测试机构11安装接触的底面进行阳极氧化处理，使其表面形成氧化物薄膜，阳极氧化后的铝合金，具有优良的绝缘性，所以将所述壳体9的强阳极铝侧安装到待测试机构11上可实现与地绝缘粘合安装。
进一步地，所述待测试机构11为航天飞行器，采用至少四个ADXL316传感器元件并联的传感器特别适合用于航空/航天研发领域常见的低频应用，具体来说，对于航空/航天领域，常通过地面和飞行测试，对动力学和结构振动进行评估，以评价其性能参数、可靠性和完整性。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
Claims (9)
1.一种低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，包括一个电源滤波电容(1)，一个电压转换器(2)，至少四个ADXL316传感器元件(3)以及三个AD8476全差分放大器(4)，所述至少四个ADXL316传感器元件(3)并联连接，每个所述ADXL316传感器元件(3)的一侧端的引脚伸出与第一电容(5)连接，每个所述ADXL316传感器元件(3)的另一侧端均设置有引脚XOUT、引脚YOUT和引脚ZOUT，
其中，每个所述ADXL316传感器元件(3)的引脚XOUT、每个所述ADXL316传感器元件的引脚YOUT以及每个所述ADXL316传感器元件的引脚ZOUT分别对应连接所述AD8476全差分放大器(4)中的一个并构成三条输出电路。
2.根据权利要求1所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，所述至少四个ADXL316传感器元件(3)的每个引脚XOUT连接第二电容(35)的一端构成第一并联通路，所述第二电容(35)的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件(3)的每个引脚YOUT连接第三电容(36)的一端构成第二并联通路，所述第三电容(36)的另一端接地；
所述至少四个ADXL316传感器元件(3)的每个引脚ZOUT连接第四电容(37)的一端构成第三并联通路，所述第四电容(37)的另一端接地；
其中，所述第二电容(35)、第三电容(36)、第四电容(37)用于选择所述至少四个ADXL316传感器元件(3)的X、Y、Z各轴的带宽。
3.根据权利要求1所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，所述三个AD8476全差分放大器(4)包括第一AD8476全差分放大器(41)、第二AD8476全差分放大器(42)、第三AD8476全差分放大器(43)，其中，
所述第一AD8476全差分放大器(41)连接第五电容(6)、第一电阻(411)及第二电阻(412)，所述第五电容(6)一端接地，所述第二电阻(412)一端接地；
所述第二AD8476全差分放大器(42)连接第六电容(7)、第三电阻(421)及第四电阻(422)，所述第六电容(7)一端接地，所述第四电阻(422)一端接地；
所述第三AD8476全差分放大器(43)连接第七电容(8)、第五电阻(431)及第六电阻(432)，所述第七电容(8)一端接地，所述第六电阻(432)一端接地。
4.根据权利要求1所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，所述至少四个ADXL316传感器元件(3)为四个，包括第一ADXL316传感器元件(31)、第二ADXL316传感器元件(32)、第三ADXL316传感器元件(33)、第四ADXL316传感器元件(34)。
5.根据权利要求1所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，还包括一壳体(9)，所述壳体(9)内至少包括一电路板(91)，所述电源滤波电容(1)、电压转换器(2)、至少四个ADXL316传感器元件(3)以及三个AD8476全差分放大器(4)被集成于所述电路板(91)上。
6.根据权利要求5所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，还包括一无线通讯模块(92)，所述无线通讯模块(92)连接所述电路板(91)，在工作状态下，通过所述无线通讯模块(92)将测试数据传输至一接收终端(10)。
7.根据权利要求5所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，所述壳体(9)被固定在待测试机构(11)的外表面。
8.根据权利要求7所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，将所述壳体(9)的强阳极铝侧安装到待测试机构(11)以实现与地绝缘粘合安装。
9.根据权利要求7所述的低噪声三轴加速度传感器，其特征在于，所述待测试机构(11)为航天飞行器。
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