简介

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MEMS加速度计终于达到了测量广泛机器平台振动的阶段。它最近的能力进步，加上MEMS与传统振动传感器相比，加速度计具有许多优点（尺寸、重量、成本、抗冲击性和易用性），促进了一种新的状态监测(CBM)系统开始使用MEMS加速度计。结果，许多CBM系统架构师、开发者甚至其客户首次考虑使用此类传感器。他们经常面临如何快速理解评估的问题MEMS为了测量其机器平台上最重要的振动特性，加速度计功能的方法。一开始看起来很难，因为MEMS开发人员往往不熟悉加速度计数据手册中表达最重要性能特征的方法。例如，许多人熟悉用线速度(mm/s)量化振动，但大部分振动都是来量化的，但是MEMS基于重力的加速度计数据手册(g)表达其性能指标。幸运的是，有一些简单的技术可以将加速度转换为速度，并估计加速度计的关键特性（频率响应、测量范围、噪声密度）对重要系统级标准（带宽、平整度、峰值振动、分辨率）的影响。

基本振动特性

首先从惯性运动的角度检查线性振动。振动是平均位移为零的机械振荡。零平均位移对那些不想让机器穿过整个车间的人来说非常重要！核心传感器在振动检测节点中的价值与反映机器振动最重要特性的能力直接相关。要评估特定MEMS在这方面，加速度计的能力必须从惯性运动的角度对振动有一个基本的了解。图1是振动的物理示意图，灰色表示中点，蓝色表示一个方向的峰值位移，红色表示另一个方向的峰值位移。等式1提供了描述矩形物体瞬时加速度的数学模型，振动频率为(fV)，幅度为Arms。

图1.线性振动简单

在大部分CBM在应用程序中，机器平台的振动通常比等式1所示的模型具有更复杂的频谱特征，但该模型为学习发现之旅提供了一个很好的起点，因为它给出了CBM两个常见的振动特性：振幅和频率。此方法对关键特性到线性速度项的转换也很有用（稍后将有更多说明）。图2提供了两种不同振动模式的频谱视图。第一类(见图2中的蓝线)在其频率范围内（f1到f6)内有恒定幅度。第二类(见图2中的红线)在四个不同频率处出现峰值幅度:f2, f3, f4,和 f5.

图2.CM振动模式示例

系统要求

测量范围、频率范围(带宽)和分辨率是用来量化振动检测节点能力的三个常见特征。这些特征通过虚线矩形框显示，其边界对应于最低频率(fMIN)、最高频率(fMAX)、最小幅度(AMIN)和最大幅度(AMAX)。当考虑将MEMS当加速度计用作振动检测节点的核心传感器时，系统架构师可能希望在设计早期分析其频率响应、测量范围和噪声行为。一些简单的技术可以用来评估加速度计的各种特性，然后预测它们是否符合指定的要求。显然，系统架构师最终必须通过实际验证和识别来验证上述估计，但对加速度计能力的早期分析和预测对这些工作有价值。...

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