A frequência de ressonância do chip do acelerômetro é um indicador de desempenho muito importante, estando relacionada à faixa de frequência operacional do sensor.

1. Definição de frequência de ressonância

O próprio sensor acelerômetro também é uma estrutura mecânica, portanto, possui uma frequência natural. Como mostrado na curva de amplitude-frequência da Figura 1, quando a frequência da vibração externa se aproxima da frequência de ressonância, o sensor entra em ressonância e a sensibilidade do acelerômetro aumenta rapidamente. A frequência correspondente nesse instante é a frequência de ressonância.

2. A influência da frequência de ressonância no desempenho do sensor

Quanto menor o sensor, maior a frequência de ressonância. A frequência limite superior do acelerômetro depende da frequência de ressonância na curva amplitude-frequência. Geralmente, a faixa de frequência operacional do sensor acelerômetro é inferior a 1/3 da sua própria frequência de ressonância. Quando a frequência de vibração medida é muito menor que a frequência de ressonância, o sinal de saída do acelerômetro é proporcional à aceleração medida.

3. Fatores que afetam a frequência de ressonância

Como mencionado anteriormente, se a frequência de ressonância do chip do sensor for aumentada, a faixa de frequência operacional pode ser ampliada, a banda de frequência plana do sensor se tornará mais ampla, a faixa de operação será maior, o acelerômetro poderá ser usado em mais cenários e sua aplicabilidade será melhorada. Mas, na verdade, o aumento da frequência de ressonância também é limitado. De acordo com a seguinte fórmula, quanto menor o bloco de massa, maior a frequência de ressonância.

Onde f0 é a frequência de ressonância, K é a rigidez equivalente do acelerômetro e M é a massa equivalente do sensor.

Portanto, a frequência de ressonância é uma restrição rígida que determina a faixa de resposta de frequência disponível do acelerômetro. Um projeto e aplicação adequados exigem que a frequência de operação seja limitada a menos de 1/3 da frequência de ressonância e, em aplicações de alta precisão, a menos de 1/5 para garantir linearidade e confiabilidade. A resposta de frequência do ADXL356 mostrada na Figura 2 apresenta uma frequência de ressonância de aproximadamente 5,5 kHz e uma largura de banda de 3 dB de 2,5 kHz. Em aplicações de alta precisão, a frequência de corte do filtro passa-baixa geralmente é definida para menos de 1 kHz.

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