在現(xiàn)代狀態(tài)監(jiān)控(CM)系統(tǒng)中,,MEMS加速度計(jì)用作振動(dòng)傳感器正在日趨成熟。測量范圍,、帶寬和分辨率(噪聲)等性能在近期獲得的擴(kuò)展,,使得新概念和系統(tǒng)架構(gòu)成為可能,,狀態(tài)監(jiān)控開發(fā)商等待這一機(jī)會(huì)為時(shí)已久,,迫切希望利用MEMS傳感器的尺寸,、成本和可靠性優(yōu)勢。當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)師進(jìn)行先期可行性研究時(shí),,可能需要評估特定傳感器能夠支持何種范圍的振動(dòng)幅度(VMIN,、VMAX)和頻率(fMIN、fMAX),。若幅度特性用速度來表示,,則開發(fā)人員需要將其轉(zhuǎn)換為加速度,,以便對照傳感器重要規(guī)格(噪聲,、范圍)進(jìn)行評估。方程式1提供了一種消弭此分歧的辦法,,即對速度V(t)的單一頻率(fV)模型求導(dǎo),,得出等效加速度公式a(t)。
VPEAK
利用方程式1中的加速度公式,,可以得到將其峰值和均方根值與等效速度水平關(guān)聯(lián)起來的簡單公式(參見方程式2),。
(2)
假設(shè)加速度計(jì)在系統(tǒng)振動(dòng)邊界最具壓力的部分工作,即最低頻率(fMIN)和幅度(VMIN)下,,則通過上述關(guān)系的均方根形式可確定加速度計(jì)噪聲的邊界條件,。當(dāng)對照“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)嚴(yán)重程度分類”評估特定加速度計(jì)時(shí),這種形式的關(guān)系可能很有用,。例如,,方程式3確定在10 Hz的最低振動(dòng)頻率時(shí),加速度計(jì)測量的噪聲必須小于7.18 mg才能很好地檢測到2類機(jī)器的振動(dòng)嚴(yán)重程度(依據(jù)ISO-10816-1,,VMIN = 1.12 mm/s),。
(3)
加速度計(jì)的噪聲密度(ND)乘以噪聲帶寬(fNBW)的平方根,是估算特定加速度計(jì)和濾波器配置的總噪聲的相對簡單方法,。
方程式4是其一般形式,,其中還給出了一個(gè)例子,,即估算與加速度計(jì)ADXL357相關(guān)聯(lián)的總噪聲(ND = 80 μg/√Hz),它配合一個(gè)截止頻率為1000 Hz (fC = 1000 Hz)的單極點(diǎn)低通濾波器使用,。在4.7 mg時(shí),,ADXL357似乎滿足方程式3中的邊界條件。
(4)
方程式2的峰值形式(參見方程式5)可用于估算加速度計(jì)的另一重要邊界條件:測量范圍,。方程式5也提供了一個(gè)具體例子,,得出要測量4類設(shè)備上不可接受的振動(dòng)嚴(yán)重程度(依據(jù)ISO-1081-1,VMAX = 28 mm/s,,頻率fMAX = 1000 Hz),,至少需要±25.3 g的測量范圍。
(5)
雖然最終傳感器選擇可能還需要其他考量和驗(yàn)證,,但這種水平的分析有助于在投資早期測試平臺和開展特性測試之前,,確保設(shè)計(jì)符合最基本的邊界條件。