检测监控系统中的MEMS加速度振动

在现代状态监控（CM）系统中，MEMS加速度计用作振动传感器正在日趋成熟。测量范围、带宽和分辨率（噪声）等性能在近期获得的扩展，使得新概念和系统架构成为可能，状态监控开发商等待这一机会为时已久，迫切希望利用MEMS传感器的尺寸、成本和可靠性优势。当系统架构师进行先期可行性研究时，可能需要评估特定传感器能够支持何种范围的振动幅度（VMIN、VMAX）和频率（fMIN、fMAX）。若幅度特性用速度来表示，则开发人员需要将其转换为加速度，以便对照传感器重要规格（噪声、范围）进行评估。方程式1提供了一种消弭此分歧的办法，即对速度V（t）的单一频率（fV）模型求导，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，可以得到将其峰值和均方根值与等效速度水平关联起来的简单公式（参见方程式2）。

（2）

假设加速度计在系统振动边界最具压力的部分工作，即最低频率（fMIN）和幅度（VMIN）下，则通过上述关系的均方根形式可确定加速度计噪声的边界条件。当对照“工业标准振动严重程度分类”评估特定加速度计时，这种形式的关系可能很有用。例如，方程式3确定在10 Hz的最低振动频率时，加速度计测量的噪声必须小于7.18 mg才能很好地检测到2类机器的振动严重程度（依据ISO-10816-1，VMIN = 1.12 mm/s）。

（3）

加速度计的噪声密度（ND）乘以噪声带宽（fNBW）的平方根，是估算特定加速度计和滤波器配置的总噪声的相对简单方法。

方程式4是其一般形式，其中还给出了一个例子，即估算与加速度计ADXL357相关联的总噪声（ND = 80 μg/√Hz），它配合一个截止频率为1000 Hz （fC = 1000 Hz）的单极点低通滤波器使用。在4.7 mg时，ADXL357似乎满足方程式3中的边界条件。

（4）

方程式2的峰值形式（参见方程式5）可用于估算加速度计的另一重要边界条件：测量范围。方程式5也提供了一个具体例子，得出要测量4类设备上不可接受的振动严重程度（依据ISO-1081-1，VMAX = 28 mm/s，频率fMAX = 1000 Hz），至少需要±25.3 g的测量范围。

（5）

虽然最终传感器选择可能还需要其他考量和验证，但这种水平的分析有助于在投资早期测试平台和开展特性测试之前，确保设计符合最基本的边界条件。