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MEMS振荡监控:从加速度到速度

简介MEMS加速度计终于达到了能够测量广泛机器平台振动的阶段。其最近的能力进步,加上MEMS加速度计已有的相对于传统振动传感器的诸多优势(尺寸、重量、成本、抗冲击性、易用性),促使一类新兴的状态监控(

简介

MEMS加速度计总算达到了可以丈量广泛机器渠道振荡的阶段。其最近的才能前进,加上MEMS加速度计已有的相关于传统振荡传感器的许多优势(尺度、分量、本钱、抗冲击性、易用性),促进一类新式的状况监控(CBM)体系开始运用MEMS加速度计。成果,许多CBM体系架构师、开发者乃至其客户初次考虑运用此类传感器。他们面对的问题常常是怎么快速了解评价MEMS加速度计功用的办法,以便在其机器渠道上丈量最重要的振荡特性。这初看起来好像很困难,由于MEMS加速度计数据手册表述最重要功能特性的办法常常不是开发人员所了解的。例如,许多人了解用线速度(mm/s)来量化振荡,但大多数MEMS加速度计数据手册是用根据重力的加速度(g)来表达其功能指标。走运的是,有一些简略的技能可用来将加速度转化为速度,以及估量加速度计要害特性(频率响应、丈量规模、噪声密度)对重要体系级规范(带宽、平整度、峰值振荡、分辨率)的影响。

根本振荡特性

先从惯性运动视点调查线性振荡。在此布景下,振荡是均匀位移为零的机械振荡。关于那些不希望其机器穿越整个车间的人来说,零均匀位移非常重要!振荡检测节点中中心传感器的价值与它反映机器振荡最重要特性的才能凹凸直接相关。要评价特定MEMS加速度计在这方面的才能,首要有必要从惯性运动视点对振荡有一个根本了解。图1是振荡状况的物理示意图,灰色部分表明中点,蓝色部分表明一个方向的峰值位移,赤色部分表明另一方向的峰值位移。等式1供给了一个描绘矩形物体瞬时加速度的数学模型,其振荡频率为(fV),起伏为Arms。

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图1.简略线性振荡

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在大部分CBM使用中,机器渠道的振荡常常有比等式1所示模型更杂乱的频谱特征,但此模型为学习发现之旅供给了一个很好的起点,由于它给出了CBM体系常常会盯梢的两个常见振荡特性:起伏和频率。此办法对要害特性到线性速度项的转化也很有用(稍后将有更多阐明)。图2供给了两类不同振荡模式的频谱视图。第一类(参见图2中的蓝线)在其频率规模(f1到f6)内具有稳定起伏。第二类(参见图2中的红线)在四个不同频率处呈现了峰值起伏:f2, f3, f4, 和 f5.

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图2.CM振荡模式示例

体系要求

丈量规模、频率规模(带宽)和分辨率是用来量化振荡检测节点才能的三个常见特性。图2经过虚线矩形框显现了这些特性,其鸿沟别离对应最低频率(fMIN)、最高频率(fMAX)、最小起伏(AMIN)和最大起伏(AMAX)。当考虑将MEMS加速度计用作振荡检测节点中的中心传感器时,体系架构师很可能想在规划前期剖析其频率响应、丈量规模和噪声行为。有一些简略的技能可用来评价加速度计的各种特性,从而预判其是否满意指定的一组要求。很显然,体系架构师终究有必要经过实践验证和判定来核验上述估量,但由对加速度计才能的前期剖析和猜测所得来的希望对这些作业是有价值的。……………

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