設(shè)備故障診斷系統(tǒng)資訊：基于MEMS加速度以及傳感器的雙軸傾角計(jì)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本文基于MEMS無(wú)線振動(dòng)傳感器，設(shè)計(jì)一種雙軸傾角計(jì)，該裝置精度高、重量輕，可滿(mǎn)足MAV的姿態(tài)角測(cè)量要求，也可用于其他需要體積小、重量輕的傾角測(cè)量設(shè)備上。振動(dòng)故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析范圍20KHz；緩變信號(hào)通道不少于32路，16位精度，動(dòng)態(tài)信號(hào)通道不少于4路，102.4kS/s；系統(tǒng)變攜，可以自帶電源連續(xù)工作4小時(shí)。一體化振動(dòng)變送器將壓電傳感器和精密測(cè)量電路集成在一起，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)“傳感器+信號(hào)調(diào)理器”和“傳感器+監(jiān)測(cè)儀表”模式的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的功能；適合構(gòu)建經(jīng)濟(jì)型高精度振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。無(wú)線振動(dòng)傳感器基于無(wú)線技術(shù)的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，具有振動(dòng)測(cè)量及溫度測(cè)量功能，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)指示狀態(tài)報(bào)警。應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備狀態(tài)管理及監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)；適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)人員監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保證設(shè)備正?？煽窟\(yùn)行。 MEMS無(wú)線振動(dòng)傳感器 ADXL202是*新的、低重力加速度雙軸表面微機(jī)械加工的加速度計(jì)，以模擬量和脈寬調(diào)制數(shù)字量2種方式輸出，并具有極低的功耗和噪音。表面微機(jī)械加工使無(wú)線振動(dòng)傳感器、信號(hào)處理電路高度集成于一個(gè)硅片上。和所有加速度計(jì)一樣，傳感器單元是差動(dòng)電容器，其輸出與加速度成比例。加速度計(jì)的性能依賴(lài)于傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。差動(dòng)電容是由懸臂梁構(gòu)成，而懸臂梁是由很多相間分布的指狀電容電極副構(gòu)成，一副指狀電容電極可簡(jiǎn)化為圖1所示的結(jié)構(gòu)。每個(gè)指狀電極的電容正比例于固定電極和移動(dòng)電極之間的重疊面積以及移動(dòng)電極的位移。顯然，這些都是很小的電容器，并且，為了降低噪聲和提高分辨力，實(shí)際上需要盡可能大的差動(dòng)電容。 懸臂梁的運(yùn)動(dòng)是由支撐它的多晶硅彈簧控制。這些彈簧和懸臂梁的質(zhì)量遵守牛頓第二定律:質(zhì)量為m 的物體，因受力F而產(chǎn)生加速度a，則F =m a。而彈簧的形變與所受力的大小成比例，即F = kx，所以 x = （m / k） a ， 式中　x為位移， m; m 為質(zhì)量， kg; a為加速度， m / s2 ; k為彈簧剛度系數(shù)， N /m。 因此，僅有支撐彈簧的剛度和懸臂梁的質(zhì)量2個(gè)參數(shù)是可控的。減小彈簧系數(shù)似乎是提高懸臂梁靈敏度的一種容易方法，但懸臂梁的共振頻率正比例于彈簧系數(shù)，所以， 減小彈簧系數(shù)導(dǎo)致懸臂梁共振頻率降低，而加速度計(jì)必須工作在共振頻率之下。此外，增大彈簧系數(shù)使懸臂梁更堅(jiān)固。所以，如果保持盡可能高的彈簧系數(shù)，只有懸臂梁的質(zhì)量參數(shù)是可變化的。通常，增大質(zhì)量意味著增大傳感器的面積，從而使懸臂梁增大。在ADXL202中，設(shè)計(jì)出一個(gè)新穎的懸臂梁結(jié)構(gòu)。構(gòu)成X軸和Y軸可變電容的指狀電極沿著一個(gè)正方形四周的懸臂梁集成，從而使整個(gè)傳感器的面積減小，而且，共用的大質(zhì)量的懸臂梁提高了ADXL202的分辨力。位于懸臂梁四角的彈簧懸掛系統(tǒng)用以使X 軸和Y軸的靈敏度耦合減小到*小。 傾角測(cè)量原理 ADXL202用于傾角測(cè)量是*典型的應(yīng)用之一，它以重力作為輸入矢量來(lái)決定物體在空間的方向。當(dāng)重力與其敏感軸垂直時(shí)，它對(duì)傾斜*敏感，在該方位上其對(duì)傾角的靈敏度*高。當(dāng)敏感軸與重力平行時(shí)，每?jī)A斜1 所引起輸出加速度的變化被忽略。當(dāng)加速度計(jì)敏感軸與重力垂直時(shí)，每?jī)A斜1 所引起輸出加速度的變化約為17.