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加速度計能夠測量加速度、傾斜、振動或沖擊。振動監(jiān)測可用于監(jiān)測機器、設(shè)備或結(jié)構(gòu)的健康狀況。在機器和設(shè)備運行過程中可以使用加速度傳感器采集機器和設(shè)備的振動數(shù)據(jù)并做數(shù)據(jù)分析使用。在振動監(jiān)測應(yīng)用中，最新的振動傳感器是基于MEMS技術(shù)。

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

靈敏度 表示傳感器每輸入一個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)用場景中，加速度計的靈敏度值一般為100mV/g，表示每收到“g”的加速度時，加速度傳感器的輸出都會線性變換100mV。在實際應(yīng)用中，靈敏度通常會有一個公差，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加速度計對線性加速度a(t)的響應(yīng)y(t)；b是加速度計沒有加速度信號輸入時加速度計的輸出值，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：(1) 加速度計的機械響應(yīng)，可以理解為加速度計固有的頻率；(2) 諧振頻率信號鏈路的濾波響應(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的兩個濾波器

ADXL356有兩個濾波器，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。傳感器的機械響應(yīng)會引入某些增益，在諧振頻率處增益最大，對于ADXL356而言，在2kHz左右到諧振頻率會相應(yīng)的引入增益，雖然ADXL356內(nèi)部濾波器會衰減輸出響應(yīng)，兩者結(jié)合起來，整體上ADL356的截止頻率到2.4kHz。如下圖手冊中描述。

測量范圍 表示MEMS加速度計最大可以測量的加速度范圍。動態(tài)加速度計具有與測量電壓相關(guān)的測量范圍，例如最大振動輸出電壓為5V，對于100mV/g的傳感器而言，測量范圍為50g。另外測量范圍也與頻率有一定關(guān)系，我們知道傳感器的機械響應(yīng)會引入某種響應(yīng)增益，增益響應(yīng)的峰值出現(xiàn)在諧振頻率時。對于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，所以測量范圍由±40g變?yōu)椤?0g。因為靈敏度和測量范圍會變化的原因，多數(shù)振動監(jiān)測應(yīng)用會將測量的最大頻率限制在遠(yuǎn)低于諧振頻率范圍內(nèi)，保證測量精度。正確理解MEMS加速度計的關(guān)鍵參數(shù)是正確應(yīng)用的基礎(chǔ)，如果錯誤理解參數(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量誤差。

審核編輯 黃宇