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加速度センサ ACB302の実験 このエントリーを含むはてなブックマーク
Z軸下向き現在、車載用加速度メータを製作中だが、加速度の検出にはスター精密の加速度センサ"ACB302"を使用している。
ということで、加速度センサACB302の出力特性を見てみることにした。
ただし、静的加速度のみの検出を目的とし、動的加速度は与えていない。
ACB302ってのは、左のイラストみたいな形をしたセンサだ。
このセンサひとつで、X, Y, Z軸の3軸の加速度が検出できる。
加速度センサACB302のVccには5.0[V]を入力した。
ACB302の仕様書によると、オフセット電圧――つまり加速度ゼロのときの出力電圧――は、Vcc/2になるようだ。この場合2.5[V]だな。

また、Vccが3.0[V]の場合、1[G]の加速度につき100[mV]出力電圧が変化するようだ。ならば、Vccが5.0[V]の場合は――3分の5倍になって――1[G]につき出力は約167[mV]変化するのかな。

加速度の検出範囲は±2[G]、単位を変えると±19.6[m/s²]である。1[G]で167[mV]しか変化しないのだから、普通に考えてもっと大きな加速度が検出できそうなものなのだが。なぜなのだろう。2[G]を超えると出力電圧の信頼性が失われるのか?
そのへんの疑問も頭のすみにちょろっと置いておきながら、加速度センサの出力をH8/3068でAD変換して得られた値をグラフに出力してみた。H8/3068のAD変換器の分解能は10bitだから0〜1023の範囲でデータが得られるのだが、変換誤差を考えて最下位の1bitを削り落とし9bitのデータにした。よって、得られる値の範囲は0〜511ということになる。

2分間ほどの間、加速度センサの向きを色々と変えてみながら、センサから得られた値のログを取り、Excelでグラフにしたのが以下のグラフである。↓
Excelでグラフ化赤色がX軸。
青色がY軸。
緑色がZ軸。
AD変換値の出力の変化を時間ごとに解説する。
0〜10秒くらいまでのデータは、センサを水平に固定した状態のものである。X,Y軸には0[G]、Z軸には1[G]の大きさの加速度がかかっている。

グラフの10秒を越えた辺りから20秒弱までのデータは、センサのX軸を地面と垂直の状態にして計測したデータだ。そして、X軸の向きを逆にしてみたのが30秒前後。X軸が地面と垂直であるのには変わりない。
実験中の加速度センサの向きを図示すると、以下のようになる。それぞれの画像の下側が地面の方向である。左側の図が10秒から20秒弱の加速度センサの状態で、右側の図が30秒前後の加速度センサの状態である。↓
X軸下向きX軸上向き
45〜50秒にかけてのデータは、センサのY軸を地面と垂直にして計測(左図)。Y軸の向きを逆にしたのが60〜70秒あたりである(右図)。↓
Y軸下向きY軸上向き
75秒〜85秒にかけては、センサを上下逆さまにして計測した(左図)。90秒辺りで再びセンサを元の向きに戻した(右図)。↓
Z軸上向きZ軸下向き
ということで、0〜95秒までは無闇に加速度センサを動かさず、重力加速度のみの計測にとどまっている。

さて、95秒を超えたあたりからデータがめちゃくちゃに振れているのはどういう状況だったかというと、センサをそれぞれの軸と平行の向きにできるだけ勢い良く振ってみたのだ。センサにかかる加速度はおそらく検出範囲である±2[G]など軽く超えているだろうが、そんなことを気にして結局やらないというのはもったいない。誰だってやってみたいと思うだろ?

さて、何から述べようか。実験結果から言えること――
グラフを見ると明らかだが、それぞれの軸のオフセット電圧がバラバラであることがわかる。X軸は235付近。Y軸は245付近、Z軸は260付近だ。オフセット電圧はVcc/2――AD変換値で言うと256辺り――ではなかったのか?Z軸はわりと近いけど。
これでは、オペアンプ等でオフセット電圧との差分を増幅しようとすると、それぞれの軸ごとに基準電圧が必要になる。

また、加速度センサを(おそらく)完全に固定しているにもかかわらず、センサの出力電圧はまったく安定していなかった。
仕方がないので、センサの出力端子に0.1[uF]のセラミックコンデンサを入れてやったのだ。グラフはその処置をした上での結果である。その処置のお陰でセンサの出力は大分安定して出力されるようになったものの、それでもAD変換した値は±1ほどのの変動をし続けていた。センサの誤差なのだろう。

0秒から95秒弱まではセンサの向きを変えてみただけの、重力加速度のみの検出だったのだが、結構おもしろいデータが取れるものだ。センサがどの軸を地面に向けているかハッキリと分かる。

同じく秋月で販売されている加速度センサ KXM52-1050の実験記事もあるよ。

車載用加速度メータが完成すれば、実際に車に載せて実験した様子をお届けできると思うので、期待して待て!

"illustration by axsee."
| 書いた人:scie | Embedded System | 01:45 | comments(0) | trackbacks(0)
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