Связь между диапазоном частотной характеристики и резонансной частотой акселерометрического чипа
24 июля 2025
Резонансная частота акселерометрического чипа является очень важным параметром, напрямую связанным с рабочим диапазоном частот датчика.
1. Определение резонансной частоты
Сам акселерометр также представляет собой механическую структуру, поэтому имеет собственную частоту колебаний. Как показано на амплитудно-частотной характеристике на рисунке 1, когда частота внешней вибрации приближается к резонансной частоте, датчик входит в резонанс, а чувствительность акселерометра быстро возрастает. Частота, соответствующая этому состоянию, и называется резонансной частотой.
2. Влияние резонансной частоты на характеристики датчика
Чем меньше размер датчика, тем выше его резонансная частота. Верхний предел рабочей частоты акселерометра определяется резонансной частотой на амплитудно-частотной характеристике. Как правило, рабочий диапазон частот акселерометрического датчика составляет менее `1/3` от собственной резонансной частоты. Когда измеряемая частота вибрации значительно ниже резонансной, выходной сигнал акселерометра пропорционален измеряемому ускорению.
3. Факторы, влияющие на резонансную частоту
Как отмечалось выше, при увеличении резонансной частоты сенсорного чипа можно расширить рабочий диапазон частот, сделать более широкой плоскую часть частотной характеристики, увеличить рабочий диапазон и тем самым улучшить применимость акселерометра в различных сценариях. Однако рост резонансной частоты также ограничен. Согласно следующей формуле, чем меньше инерционная масса, тем выше резонансная частота.
Где `f0` — резонансная частота, `K` — эквивалентная жесткость акселерометра, а `M` — эквивалентная масса датчика.
Следовательно, резонансная частота является жестким ограничением, определяющим доступный диапазон частотной характеристики акселерометра. Для рационального проектирования и применения рабочую частоту следует ограничивать уровнем менее `1/3` резонансной частоты, а в высокоточных применениях — менее `1/5`, чтобы обеспечить линейность и надежность. Частотная характеристика `ADXL356`, показанная на рисунке 2, имеет резонансную частоту около `5.5 кГц` и полосу пропускания `3 дБ`, равную `2.5 кГц`. В высокоточных задачах частоту среза низкочастотного фильтра обычно задают ниже `1 кГц`.
