[發(fā)明專利]一種可用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器及方法

有效

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• 申請日: 2015-08-17
• 公開（公告）號: CN105092019B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李暉;趙子瑾;王源;劉啟偉;王化明;李鶴;聞邦椿
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01P15/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于振動測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器及方法。

背景技術(shù)

MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。目前，F(xiàn)reescale、ADI、ST等公司紛紛推出了較為成熟的MEMS傳感器，與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。

振動測試大都用到振動傳感器。然而，傳統(tǒng)的振動傳感器存在較大局限，主要表現(xiàn)在：①一般多基于壓電原理制作而成，價格較高；②最多只能測試結(jié)構(gòu)的三維振動，難以實現(xiàn)全方位測振；③測試振動信號需要配備數(shù)據(jù)采集儀，才能實現(xiàn)振動信號的采集與存儲；④不能獨立供電。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種可用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器，包括：全方位調(diào)整器、MCU、MEMS加速度傳感器、數(shù)據(jù)儲存單元和電源模塊；

所述MCU同時與MEMS加速度傳感器、數(shù)據(jù)儲存單元和電源模塊相連接，并集成在一塊電路板上；

所述全方位調(diào)整器進一步包括杯式基座體、環(huán)形套蓋體和球形殼體；所述電路板固定在球形殼體內(nèi)；

所述球形殼體放置在杯式基座體內(nèi)；所述環(huán)形套蓋體穿過球形殼體與支撐該球形殼體的杯式基座體固定連接；

所述球形殼體由上、下兩個半球形殼體連接構(gòu)成；所述環(huán)形套蓋體與杯式基座體結(jié)合為整體后，上半球形殼體的頂部顯露在環(huán)形套蓋體外，該顯露的上半球形殼體頂部用于人手把持進行手工扭轉(zhuǎn)球形殼體，以實現(xiàn)全方位振動信號測試；

進一步地，所述環(huán)形套蓋體與杯式基座體之間以及上、下兩個半球形殼體之間均通過螺紋固定連接；

更進一步地，所述的用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器中，所述球形殼體為扁平球形，即上半球形殼體的頂部和下半球形殼體的底部均為扁平形，所述電路板固定在上半球形殼體的頂部或者下半球形殼體的底部，以避免電路板移動；

再進一步地，應用所述的用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器時，將杯式基座體固定在待測結(jié)構(gòu)上；

又進一步地，在環(huán)形套蓋體上設(shè)置卡具，該卡具從環(huán)形套蓋體外側(cè)穿入環(huán)形套蓋體內(nèi)并與球形殼體直接剛性接觸，以避免測試振動信號時球形殼體與杯式基座體之間的滑動。

又進一步地，杯式基座體底部安裝有強力磁體，當待測機構(gòu)為鐵質(zhì)材料時，利用基座體底部安裝的強力磁體，通過磁體吸附的方式將基座固定在被測機構(gòu)上；同時，基座體底部還設(shè)置了螺紋孔，當待測機構(gòu)為非鐵質(zhì)材料時，利用基座體底部設(shè)置的螺紋孔，通過螺柱將基座體固定在被測機構(gòu)上；

又進一步地，基座體底部安裝有滑道，可采用滑道與底面涂覆膠水的無損貼片配合使用的方式，將基座體固定在被測機構(gòu)表面上。

采用所述的可用于全方位振動信號測試的MEMS傳感器的方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)振動信號測試的需要，將一個或者多個傳感器分布固定在被測結(jié)構(gòu)表面的預先確定的測點上；

步驟2：根據(jù)測點的感興趣測振方向，手工轉(zhuǎn)動球形殼體的顯露部分，使得MEMS加速度傳感器的測試方向與感興趣測振方向相對應；

步驟3：被測結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生振動時，MEMS加速度傳感器將與被測結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生相同的振動形式，MEMS加速度傳感器將機械振動信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號數(shù)據(jù)，并將電信號數(shù)據(jù)傳送給MCU；

步驟4：根據(jù)接收到的電信號數(shù)據(jù)，MCU判斷當前MEMS加速度傳感器采集的信號數(shù)據(jù)類型，進而確定相應的MEMS加速度傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率；具體過程為：

首先分別求取所采集的各相鄰時刻數(shù)字電信號間的相關(guān)系數(shù)，進而確定各相鄰時刻數(shù)字電信號間的相關(guān)性：如果各相鄰時刻的數(shù)字電信號間的相關(guān)系數(shù)的平均值大于0.8，則認為當前MEMS加速度傳感器采集的信號數(shù)據(jù)間的相關(guān)性非常好，屬于穩(wěn)態(tài)信號數(shù)據(jù)，相應地MEMS加速度傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率確定為低頻采樣頻率；如果各相鄰時刻的數(shù)字電信號間的相關(guān)系數(shù)的平均值在0.3-0.8之間，則認為當前MEMS加速度傳感器采集的信號數(shù)據(jù)間的相關(guān)性較好，屬于隨機信號數(shù)據(jù)，相應地MEMS加速度傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率確定為中頻采樣頻率；如果各相鄰時刻的數(shù)字電信號間的相關(guān)系數(shù)的平均值低于0.3，則認為當前MEMS加速度傳感器采集的信號數(shù)據(jù)間的相關(guān)性一般，屬于沖擊信號數(shù)據(jù)，相應地MEMS加速度傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率確定為最高頻采樣頻率；