Обзор литературы. 
Разработка электрических схем цифрового измерителя ускорения

Основными параметрами акселерометра являются:

• — Чувствительность — то есть величина минимального изменения кажущегося ускорения, которое способен определить прибор.
• — Смещение нуля — показания прибора при нулевом кажущемся ускорении.
• — Случайное блуждание — среднеквадратичное отклонение от смещения нуля.
• — Нелинейность — изменения зависимости между выходным сигналом и кажущимся ускорением при изменении кажущегося ускорения.

Акселерометры реагируют на ускорение или силу, действующую на сенсорный элемент датчика. Ускорение, статическое или динамическое, возникает под действием силы, ускоряющей датчик, например, вследствие действия гравитации. Следовательно, акселерометры могут применяться для измерения силы, ускорения, вибрации, движения или перемещения, а также положения и угла наклона (инклинометры). Линейка однокристальных интегральных акселерометров компании Analog Devices Inc. (ADI), выполненных по технологии iMEMS, покрывает практически все области применения устройств подобного типа — от систем управления автомобильными подушками безопасности до сотовых телефонов.

Области применения акселерометров определяются их основными параметрами, а также их соотношением. Важнейшими параметрами акселерометра являются диапазон измеряемых ускорений, чувствительность, выражаемая обычно как отношение сигнала в вольтах к ускорению, нелинейность в процентах от полной шкалы, шумы, температурные дрейфы нуля (смещения) и чувствительности.

В ряде случаев существенной характеристикой оказывается собственная частота колебаний сенсора или резонансная частота, определяющая рабочую полосу частот датчика. В большинстве применений важны температурный диапазон и максимально допустимые перегрузки — характеристики, связанные с условиями эксплуатации датчиков.

Определяющими параметрами, влияющими на точность определения ускорения, являются дрейфы нуля и чувствительности (в основном температурный), а также шумы датчика, ограничивающие порог разрешения устройства. Чувствительность датчика зависит от резонансной частоты механической подсистемы, а также качества электронного преобразователя.

Изменение чувствительности с температурой связано в основном с изменением коэффициента упругости. Температурный дрейф нуля обусловлен изменением коэффициента упругости, тепловым расширением и технологическими погрешностями изготовления сенсора. Изменение параметров электронной части датчика под действием температуры, как правило, существенно меньше.

При построении систем непрерывного контроля и диагностики механических воздействий на объект приходится решать две задачи. Одна из них связана с обнаружением и классификацией внешних воздействий, а другая — с измерением и количественной оценкой их параметров. Для решения этих задач наряду с техническими средствами требуется программное обеспечение в виде вычислительных процедур, выполнение которых возлагается, как правило, на микропроцессоры (МП).

Поэтому помимо аппаратных средств необходима разработка программного кода, реализующего заложенный в систему контроля алгоритм обработки принимаемых от объекта сигналов.

В тех случаях, когда измерительная аппаратура удалена от источников энергии, к перечисленным задачам добавляется также задача энергосбережения.

Акселерометры с аналоговым выходом дешевле, но требуют внешние фильтры и АЦП. С АЦП проблем обычно не возникает, ведь оно присутствует уже почти в каждом микроконтроллере, но такие АЦП обычно имеют не самые лучшие характеристики, к тому же некоторые метрологические характеристики встроенных АЦП вообще не указываются производителями микроконтроллеров. Аналоговые микроконтроллеры обычно подключаются к АЦП через ФНЧ (фильтр низкой частоты). Требуется расчёт параметров фильтра, расчёт погрешности вносимой элементами фильтра.

Цифровые акселерометры не требуют внешних компонентов, и не требуют никаких расчётов: все их метрологические характеристики указаны. Стоить они будут дороже аналоговых, но время, затрачиваемое на разработку системы снижается. [1].