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加速度計(jì)能夠測(cè)量加速度、傾斜、振動(dòng)或沖擊。振動(dòng)監(jiān)測(cè)可用于監(jiān)測(cè)機(jī)器、設(shè)備或結(jié)構(gòu)的健康狀況。在機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行過程中可以使用加速度傳感器采集機(jī)器和設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)并做數(shù)據(jù)分析使用。在振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，最新的振動(dòng)傳感器是基于MEMS技術(shù)。

MEMS加速計(jì)即基于一種基于MEMS技術(shù)的加速度計(jì)。在開始具體應(yīng)用之前，我們需要MEMS加速度計(jì)的一些關(guān)鍵參數(shù)做出準(zhǔn)確理解，明確其實(shí)際的含義，這樣才能幫助我們選出合適的加速度計(jì)。

靈敏度 表示傳感器每輸入一個(gè)加速度后傳感器的輸出變化量，靈敏度的基本單位為：mV/g或mV/(m/s2)，例如典型工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，加速度計(jì)的靈敏度值一般為100mV/g，表示每收到“g”的加速度時(shí)，加速度傳感器的輸出都會(huì)線性變換100mV。在實(shí)際應(yīng)用中，靈敏度通常會(huì)有一個(gè)公差，在公差范圍內(nèi)是可以接受的。

一階模型

從一階數(shù)學(xué)模型角度來理解靈敏度，在一階模型中，我們用上圖圖中的數(shù)學(xué)模型來描述MEMS加速度計(jì)對(duì)線性加速度a(t)的響應(yīng)y(t)；b是加速度計(jì)沒有加速度信號(hào)輸入時(shí)加速度計(jì)的輸出值，KA是比例因子，這也就是我們關(guān)注的靈敏度參數(shù)。

頻率響應(yīng) 是描述靈敏度相對(duì)于的值，描述靈敏度在一定頻率范圍內(nèi)的變化。在MEMS加速度計(jì)中，在不考慮安裝等因素，影響頻率響應(yīng)的因素主要有兩個(gè)：(1) 加速度計(jì)的機(jī)械響應(yīng)，可以理解為加速度計(jì)固有的頻率；(2) 諧振頻率信號(hào)鏈路的濾波響應(yīng)，濾波器頻率。

如上圖所示，用ADXL356的X軸頻率響應(yīng)舉例，諧振頻率大概在5500Hz左右，可以用來表征諧振頻率。

ADXL356的兩個(gè)濾波器

ADXL356有兩個(gè)濾波器，內(nèi)部濾波器截止頻率為1.5kHz，外部濾波器截止頻率可以根據(jù)片上電阻配合外部濾波電容來設(shè)置。傳感器的機(jī)械響應(yīng)會(huì)引入某些增益，在諧振頻率處增益最大，對(duì)于ADXL356而言，在2kHz左右到諧振頻率會(huì)相應(yīng)的引入增益，雖然ADXL356內(nèi)部濾波器會(huì)衰減輸出響應(yīng)，兩者結(jié)合起來，整體上ADL356的截止頻率到2.4kHz。如下圖手冊(cè)中描述。

測(cè)量范圍 表示MEMS加速度計(jì)最大可以測(cè)量的加速度范圍。動(dòng)態(tài)加速度計(jì)具有與測(cè)量電壓相關(guān)的測(cè)量范圍，例如最大振動(dòng)輸出電壓為5V，對(duì)于100mV/g的傳感器而言，測(cè)量范圍為50g。另外測(cè)量范圍也與頻率有一定關(guān)系，我們知道傳感器的機(jī)械響應(yīng)會(huì)引入某種響應(yīng)增益，增益響應(yīng)的峰值出現(xiàn)在諧振頻率時(shí)。對(duì)于ADXL356，從頻率響應(yīng)的圖中可以看到，在5.5kHz處增益峰值約為4倍，所以測(cè)量范圍由±40g變?yōu)椤?0g。因?yàn)殪`敏度和測(cè)量范圍會(huì)變化的原因，多數(shù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用會(huì)將測(cè)量的最大頻率限制在遠(yuǎn)低于諧振頻率范圍內(nèi)，保證測(cè)量精度。正確理解MEMS加速度計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)是正確應(yīng)用的基礎(chǔ)，如果錯(cuò)誤理解參數(shù)含義就可能在應(yīng)用中選擇了不合適的器件或引入了潛在測(cè)量誤差。

審核編輯 黃宇