上海前灣科貿(mào)有限公司
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閱讀：16發(fā)布時間：2026-4-27
為狀態(tài)監(jiān)控選擇MEMS加速度計需要注意的選型參數(shù)：
MEMS加速度計對于檢測故障情況、幫助防止意外斷電或避免發(fā)生其他代價高昂的事件至關(guān)重要。作為一名負(fù)責(zé)為狀態(tài)監(jiān)控(CbM)應(yīng)用選擇和安裝合適傳感器的工程師，需要在做出選擇之前仔細考慮多個關(guān)鍵參數(shù)，然而這些參數(shù)常常被忽視。本文將討論您在做出選擇時應(yīng)特別留意的一些關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。基于MEMS的加速度計現(xiàn)在可以很好地替代壓電傳感器。MEMS加速度計具有高達24 kHz的高帶寬和低本底噪聲，非常適合用于預(yù)測和檢測缺陷的早期跡象，從而降低系統(tǒng)故障率和相關(guān)成本。ADI公司為CbM應(yīng)用提供廣泛的傳感器選擇，包括 ADXL100x 和 ADXL356/ADXL357 。由Murata推出的陀螺儀傳感器，可以應(yīng)用于機器人移動傳感偵測，這款SCHA63T是適用于工業(yè)應(yīng)用的6-DOF的XYZ軸陀螺儀和XYZ軸加速度計，這個單封裝的6-DOF零部件，經(jīng)過交叉軸校準(zhǔn)后可實現(xiàn)優(yōu)于0.14°的正交誤差，陀螺儀偏置不穩(wěn)定性具有低至1°/h的水平，陀螺噪聲密度水平達到0.0015°/s/√Hz，在整個溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的偏移和靈敏度，并具有出眾的線性度和振動性能，擁有廣泛的自我診斷功能，以及±300°/s的角速率測量范圍與±6g加速度測量范圍，可在−40℃～+110℃的溫度范圍工作，支持3.0V～3.6V供電電壓，是具有符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的32針堅固SOIC外殼零部件，尺寸為19.71 mm × 12.15 mm × 4.6 mm（長×寬×高），可用于安全關(guān)鍵應(yīng)用。
狀態(tài)監(jiān)控CbM是利用傳感器監(jiān)測機械系統(tǒng)可能出現(xiàn)的潛在缺陷或損壞的過程。CbM用于監(jiān)測滾珠軸承、齒輪、泵和許多其他應(yīng)用中的缺陷。通常的做法是采用多種不同類型原理的傳感器來確保實現(xiàn)出色監(jiān)控效果。使用此類傳感器可以盡早發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取預(yù)防措施以避免可能的損壞或事故。一種方法是預(yù)測性維護(PdM)，根據(jù)從傳感器讀數(shù)收集到的數(shù)據(jù)來預(yù)測系統(tǒng)內(nèi)的潛在故障。這有助于減少停機時間并提高運營效率。盡管在CbM應(yīng)用中常常使用多種類型的傳感器，包括加速度計、溫度傳感器、磁力計和MEMS麥克風(fēng)等，但本文將特別關(guān)注MEMS加速度計。MEMS加速度計用于將機械振動轉(zhuǎn)換為電壓或數(shù)字值。MEMS傳感器由活動和固定的硅元件組成，它們相互交叉形成電容，陀螺儀和加速度計通常會被組合在一起，形成稱為六軸傳感器的裝置。六軸傳感器可以同時測量物體的旋轉(zhuǎn)和加速度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C或其他裝置中，以進一步分析和應(yīng)用。。機械運動會使得活動元件向固定元件移動。該結(jié)構(gòu)在數(shù)學(xué)上可以描述為質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，其中的加速度可以根據(jù)測得的力來計算。在模擬MEMS傳感器中，機械振動可以轉(zhuǎn)換為電壓。數(shù)字傳感器額外使用集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器來輸出數(shù)字值，如圖1c所示。ADI公司提供類型豐富的MEMS加速度計，例如低噪底、高帶寬和多軸傳感器。陀螺儀和加速度計的應(yīng)用范圍也在不斷擴大。除了傳統(tǒng)的運動檢測和手機傳感等應(yīng)用外，現(xiàn)在還有許多新興的應(yīng)用，例如無人駕駛、智能健身、虛擬現(xiàn)實等。為了應(yīng)對這些應(yīng)用，陀螺儀和加速度計的精度和靈敏度也在進一步提高，同時還加入了更多的功能和特性，例如低功耗、小尺寸、多軸測量等。
選型參數(shù)：
1量程
所選擇的MEMS傳感器的量程應(yīng)涵蓋系統(tǒng)中出現(xiàn)的所有加速度。如果傳感器的量程太小，信號可能會被削波。這會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)不對稱信號/信號偏移，導(dǎo)致出現(xiàn)加速度解讀誤差。在此過程中，應(yīng)在傳感器中記為1 g的重力加速度常被忽略。選擇陀螺儀和加速度計需要考慮多個因素，首先要考慮應(yīng)用場景，不同的應(yīng)用場景需要不同的陀螺儀和加速度計，例如手機傳感、工業(yè)自動化、無人機控制等，在選擇時要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，來選擇適合的陀螺儀和加速度計。
2帶寬
此外，還應(yīng)結(jié)合帶寬考慮系統(tǒng)中出現(xiàn)的加速度所對應(yīng)的頻率。缺陷的早期檢測，例如與滾珠軸承、泵等相關(guān)的缺陷，在CbM應(yīng)用中至關(guān)重要。缺陷的最初跡象通常出現(xiàn)在高頻頻譜。如果選擇的帶寬太小，則這些缺陷甚至可能無法被檢測到。在此類應(yīng)用中，加速度是頻率平方的函數(shù)。例如，在位移為250 nm且頻率為1 kHz時，實際加速度為1 g。如果此位移發(fā)生在10 kHz，則實際加速度為100 g，或者說比之前高出100倍。也就是說，為了能夠盡早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的缺陷，必須選擇帶寬和量程足夠大的傳感器。為了滿足高度關(guān)鍵應(yīng)用的需求，ADI公司提供帶寬高達24 kHz和量程達到500 g的傳感器。
3傳感器諧振頻率
選擇帶寬時要考慮的另一個因素是傳感器的諧振。當(dāng)加速度發(fā)生在傳感器的諧振頻率上時，傳感器的靈敏度會增加，進而造成可用信號失真的糟糕情況，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為系統(tǒng)提供機械阻尼/濾波可以解決這個問題。除帶寬外，低本底噪聲對于實現(xiàn)故障或偏差的早期檢測也很重要。出色的MEMS加速度計的本底噪聲應(yīng)小于100 µg/√Hz。
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