基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統，包括基于MEMS技術的加速度傳感器敏感元件、信號傳輸線、低通濾波電路和模數轉換電路，所述基于MEMS技術的傳感器敏感元件的信號輸入端用于感應外部結構振動信號，信號輸出端通過信號傳輸線連接低通濾波電路的信號輸入端；低通濾波電路的信號輸出端通過模數轉換電路用于連接數據采集裝置的微處理器電路。本實用新型專利技術結構簡單，測試動態響應好、測試精度高、重復穩定性好、抗干擾能力強。本實用新型專利技術適用于對工業測控領域內結構低頻振動加速度信號的感知和處理。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于工業測控領域，涉及一種加速度信號感知系統，具體地說是一種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統。
技術介紹
在現代工業測控領域，結構感知技術已經較初期有了很大的發展，不同原理、不同類型、不同測試結構的傳感器得到了廣泛應用。而隨著技術的不斷發展，工業測控領域對傳感器的采集精度、動態響應、抗干擾能力、可靠性、質量、成本及頻帶等都提出了更高的要求。但是，目前工業測控領域所使用的加速度傳感器，多采用慣性式位移傳感器及配套的 放大器進行結構振動加速度測試，其存在抗擾動能力差、易老化、可靠性差、動態響應速度慢、成本較高等缺點，容易造成測試數據的失真，很難滿足目前工業測控領域對結構參數進行長期、實時、在線自動感知的要求。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題，是提供一種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統，具有精度高、動態響應速度快、可靠性高及長期穩定性好的特點，可以實現對結構低頻振動加速度參數進行長期、實時、自動感知。為解決上述技術問題，本技術所采用的技術方案是—種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統,包括基于MEMS技術的傳感器敏感元件、信號傳輸線、低通濾波電路和模數轉換電路；所述基于MEMS技術的傳感器敏感兀件的信號輸入端用于感應外部結構振動信號，信號輸出端通過信號傳輸線連接低通濾波電路的信號輸入端；低通濾波電路的信號輸出端通過模數轉換電路用于連接數據采集裝置的微處理器電路。作為對本技術的限定所述基于MEMS技術的傳感器敏感元件采用傳感器芯片SCA61T，所述傳感器芯片SCA61T的第一管腳、第二管腳、第三管腳均懸空，第七管腳通過RC濾波電路連接信號傳輸線的信號輸入端，第八管腳連接外部電源。作為對上述方式的進一步限定所述低通濾波電路包括ISA板卡形式的八階貝塞爾低通抗混疊濾波器，所述八階貝塞爾低通抗混疊濾波器的第二管腳作為輸入端連接信號傳輸線的信號輸出端，第五管腳作為輸出端。作為對上述方式的更進一步限定所述模數轉換電路包括逐次逼近式的高速模數轉換芯片，所述高速模數轉換芯片的輸入端連接八階貝塞爾低通抗混疊濾波器的第五管腳，輸出端用于連接采集裝置的微處理器電路的信號輸入端。作為對本技術的另一種限定所述信號傳輸線包括用于傳輸基于MEMS技術的傳感器敏感元件感知的模擬信號的屏蔽電纜和用于防止外力或電磁輻射干擾的、對屏蔽電纜所傳輸的模擬信號進行保護的鋼管，所述鋼管套裝在屏蔽電纜外。作為對上述方式的限定所述屏蔽電纜包括3根直徑為O. 5mm的電纜線，所述套裝在屏蔽電纜外鋼管的外徑為4mm、壁厚為I. 5mm。由于采用了上述的技術方案，本技術與現有技術相比，所取得的技術進步在于(I)采用基于MEMS技術、硅微電容式集成的傳感器芯片SCA61T，低頻動態測試性能好，誤差小、精度高、重復穩定性好、功耗低、工作溫度范圍寬，能夠適用于溫度變化范圍非常大的惡劣環境中；同時在傳感器芯片SCA61TA的輸出管腳設置有RC濾波電路，能夠初步對采集的信號進行濾波，保證信號的純凈度與質量；(2)信號傳輸線采用屏蔽電纜外包鋼管，能夠有效避免信號在信號傳輸線上傳輸時外界信號的干擾，使得所傳輸的模擬信號失真小、傳輸質量高、穩定性好；(3)低通濾波電路采用八階貝塞爾低通抗混疊濾波器，可以將信號傳輸工程中的高頻波、工頻電流引入的雜波及高頻混疊波濾除，保證信號的純凈及質量；同時所述的八階 貝塞爾低通抗混疊濾波器響應速度較快、超調量較小、能夠提供一個最平坦的通帶響應，有效濾除高頻雜波；(4)八階貝塞爾低通抗混疊濾波器設置為ISA板卡形式，可以與數據采集儀即插即用，儀器簡潔、操作方便、并能減少額外的儀器間的信號連接電纜、節省測站空間，且互換性強；并且由于縮短了濾波器與數據采集儀之間的連接信號電纜，使得信號傳輸更為可靠、純凈，降低信號衰減；(5)高速模數轉化芯片ADS8323為十六位的高速模數轉換芯片，可以同時獲取十六個加速度傳感器感知的模擬信號并進行高速模/數轉換，提高了整個裝置的工作效率。綜上可見，本技術傳感測試動態響應好、測試精度高、重復穩定性好、抗干擾能力強。本技術適用于對工業測控領域內結構低頻振動加速度信號的感知和處理。本技術下面將結合說明書附圖與具體實施例作進一步詳細說明。附圖說明圖I是本技術實施例的原理框圖；圖2是本技術實施例中基于MEMS技術的傳感器敏感元件的電路原理圖；圖3是本技術實施例中低通濾波電路的原理圖；圖4是本技術實施例中模數轉換電路的原理圖；圖5是本技術實施例中信號傳輸線的結構示意圖。具體實施方式實施例一種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統圖I所不為本實施例的原理框圖，包括基于MEMS技術的傳感器敏感兀件、信號傳輸線、低通濾波電路和模數轉換電路。所述基于MEMS技術的傳感器敏感兀件的信號輸入端用于感應外部結構振動信號(具體為外部的結構低頻振動加速度響應信號)，信號輸出端通過信號傳輸線連接低通濾波電路的信號輸入端；低通濾波電路的信號輸出端通過模數轉換電路用于連接數據采集裝置的微處理器電路。圖2所示的為本實施例中基于MEMS技術的傳感器敏感元件的電路原理圖,包括傳感器芯片Ul，采用傳感器芯片SCA61T。所述傳感器芯片SCA61T的第一管腳SCK、第二管腳MIS0、第三管腳MOSI均懸空；所述第四管腳GND接地；所述第七管腳VOUT通過串接由第一電阻Rl與第一電容器Cl構成的RC濾波電路連接信號傳輸線的信號輸入端；·所述第八管腳VDD連接外部電源，同時還通過接第二電容器C2接地。圖3所示的為本實施例低通濾波電路的原理圖，包括八階貝塞爾低通抗混疊濾波器U2 (采用ISA板卡形式的、八引腳DIP-8封裝的低通濾波芯片)。八階貝塞爾低通抗混疊濾波器U2的第一管腳COM通過第三電容器C3接地；第二管腳IN連接信號傳輸線的信號輸出端；第三管腳GND接地；第四管腳VDD連接外部電源，同時還通過第四電容器C4接地；第五管腳OUT作為信號輸出端；第七管腳SHDN連接自身的第四管腳VDD ；第八管腳CLK通過第五電容器C5接地。圖4所示的為本實施例中數模轉換電路的原理圖，包括高速模數轉換芯片U3(采用逐次逼近式的高速模數轉換芯片ADS8323，其頻率范圍可根據需要在3Ηζ-1ΚΗζ范圍內自由設定)。所述高速模數轉換芯片U3的Vkef管腳與-IN管腳分別用于連接外部+2. 5V電源；高數模數轉換芯片U3的信號輸入管腳+IN連接八階貝塞爾低通抗混疊濾波器U2的第五管腳OUT ；高速模數轉換芯片U3的信號輸出管腳Dott用于連接數據采集裝置的微處理器電路的信號輸入端。圖5為本實施例中信號傳輸線的結構示意圖，包括用于傳輸傳感器芯片Ul感知的模擬信號的屏蔽電纜I和用于防止外力或電磁輻射干擾的、對屏蔽電纜所傳輸的模擬信號進行保護的鋼管2，所述屏蔽電纜I包括3根直徑為O. 5mm電纜線，一根用于接地，一根用于接+5V電源，另一根作為模擬信號的傳輸線；所述鋼管2的外徑為4mm、壁厚為I. 5mm，所述鋼管2完全套裝在屏蔽電纜I外。本實施例為了保證信號的高質量和高穩定性，將信號傳輸線的傳送距離設置在100米以內。本實施例的具體工作過程為通過基于MEMS技術的傳感器敏感元件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于MEMS技術的低頻振動加速度傳感器系統，其特征在于：包括基于MEMS技術的傳感器敏感元件、信號傳輸線、低通濾波電路和模數轉換電路；？所述基于MEMS技術的傳感器敏感元件的信號輸入端用于感應外部結構振動信號，信號輸出端通過信號傳輸線連接低通濾波電路的信號輸入端；？低通濾波電路的信號輸出端通過模數轉換電路用于連接數據采集裝置的微處理器電路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊要恩，王慶敏，李振濤，
申請(專利權)人：石家莊鐵路職業技術學院，楊要恩，
類型：實用新型
國別省市：