无线传感网用振动加速度传感器几点探索（下）

http://www.intl-sensor.com 时间:2008/8/19 10:10:35 点击2396次

导读:无线传感网是由具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点组成的网络。它是当
今技术发展的一个热点，尤其在军事领域。无线传感网对所使用的传感器有一些严格的限制条件。首先，
传感器的功耗要低；其次是精度要高，A/D 转换的分辨率为16 位；最后是传感器的体积要小。一般而言，
无线传感网总是优先使用微型传感器，只是在其功能不能满足要求的条件下才考虑传统的机械式传感器。

从图中还可以看出，动圈式传感器噪声在80dB 以下，压阻式传感器噪声在80dB 附近，略高于动圈式。在
信噪比方面，压阻式比动圈式高约6dBv，即相差约一倍。
使用MEMS 电容式振动加速度传感器
电容式振动加速度传感器因分辨率高，在MEMS 传感器家族中占有重要的地位。从结构上看，其输出阻抗特
别大，相当于开路，如当作无源传感器使用，需经外部激励和电荷转移，才能将振动加速度信号精确地转
化为电信号。因电容传感器内阻相当开路，故只能采用交流激励。但这样增加了电路的复杂度，也增大了
功耗。
如想将该传感器应用到无线传感网上，只能将其当有源传感器使用。即不用外激励电路，将电容量的变化
通过电荷转移为电压变化，用电压变化信号来反映振动加速度大小。从专业角度来看，这是一个非常难处
理的信号，不仅信号幅度小，且传感器输出阻抗特别大，需经前置放大电路阻抗匹配后，信号才能作为有
效信号。
MEMS 电容式振动加速度传感器前置放大电路的设计是其能否应用到无线传感器网的关键。图9 是精心设计
的MEMS 电容式振动加速度传感器前置放大电路。
图9 MEMS 电容式振动加速度传感器前置放大器电路图
该电路总体上说是一个自给偏压式射极输出器。T1、T2 采用了3sDJO 绝缘栅场效应管，目的是降低功耗。
T2 为射极输出器，T1 为T2 集电极负载，选用同型管是为了使静态电路对称，中心输出点电压为VCC/2。
R2、R3 为分压电阻，保证T1 工作在饱和状态。C3 为反馈电容，稳定输出信号，扩展通频带。R1 和后续电
路组成自给分压电路，确保T2 工作在放大区。
图10 MEMS 电容式振动加速度传感器幅频特性图
图10 为MEMS 电容式振动加速度传感器幅频特性图，因为其和压电式振动加速度传感器原理基本一致，幅
频特性也基本一致。从图10 中可以看出，中频段线性度良好，缺点是20Hz 下低频段衰减强烈，失真度高。
来源：今日电子

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