一种可用于全方位振动信号测试的mems传感器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于振动测试技术领域，具体涉及一种可用于全方位振动信号测试的MEMS 传感器及方法。
【背景技术】
[0002] MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。目前， FreesCale、ADI、ST等公司纷纷推出了较为成熟的MEMS传感器，与传统的传感器相比，它具 有体积小、重量轻、成本低、功耗低、易于集成和实现智能化的特点。
[0003] 振动测试大都用到振动传感器。然而，传统的振动传感器存在较大局限，主要表 现在：①一般多基于压电原理制作而成，价格较高；②最多只能测试结构的三维振动，难以 实现全方位测振；③测试振动信号需要配备数据采集仪，才能实现振动信号的采集与存储； ④不能独立供电。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可用于全方位振动信号测试的MEMS 传感器及方法。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] -种可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，包括：全方位调整器、MCU、MEMS 加速度传感器、数据储存单元和电源模块；
[0007] 所述MCU同时与MEMS加速度传感器、数据储存单元和电源模块相连接，并集成在 一块电路板上；
[0008] 所述全方位调整器进一步包括杯式基座体、环形套盖体和球形壳体；所述电路板 固定在球形壳体内；
[0009] 所述球形壳体放置在杯式基座体内；所述环形套盖体穿过球形壳体与支撑该球形 壳体的杯式基座体固定连接；
[0010] 所述球形壳体由上、下两个半球形壳体连接构成；所述环形套盖体与杯式基座体 结合为整体后，上半球形壳体的顶部显露在环形套盖体外，该显露的上半球形壳体顶部用 于人手把持进行手工扭转球形壳体，以实现全方位振动信号测试；
[0011] 进一步地，所述环形套盖体与杯式基座体之间以及上、下两个半球形壳体之间均 通过螺纹固定连接；
[0012] 更进一步地，所述的用于全方位振动信号测试的MEMS传感器中，所述球形壳体为 扁平球形，即上半球形壳体的顶部和下半球形壳体的底部均为扁平形，所述电路板固定在 上半球形壳体的顶部或者下半球形壳体的底部，以避免电路板移动；
[0013] 再进一步地，应用所述的用于全方位振动信号测试的MEMS传感器时，将杯式基座 体固定在待测结构上；
[0014] 又进一步地，在环形套盖体上设置卡具，该卡具从环形套盖体外侧穿入环形套盖 体内并与球形壳体直接刚性接触，以避免测试振动信号时球形壳体与杯式基座体之间的滑 动。
[0015] 又进一步地，杯式基座体底部安装有强力磁体，当待测机构为铁质材料时，利用基 座体底部安装的强力磁体，通过磁体吸附的方式将基座固定在被测机构上；同时，基座体底 部还设置了螺纹孔，当待测机构为非铁质材料时，利用基座体底部设置的螺纹孔，通过螺柱 将基座体固定在被测机构上；
[0016] 又进一步地，基座体底部安装有滑道，可采用滑道与底面涂覆胶水的无损贴片配 合使用的方式，将基座体固定在被测机构表面上。
[0017] 采用所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器的方法，包括如下步骤：
[0018] 步骤1 :根据振动信号测试的需要，将一个或者多个传感器分布固定在被测结构 表面的预先确定的测点上；
[0019] 步骤2:根据测点的感兴趣测振方向，手工转动球形壳体的显露部分，使得MEMS加 速度传感器的测试方向与感兴趣测振方向相对应；
[0020] 步骤3 :被测结构表面产生振动时，MEMS加速度传感器将与被测结构表面产生相 同的振动形式，MEMS加速度传感器将机械振动信号转化为数字电信号数据，并将电信号数 据传送给MCU ;
[0021 ] 步骤4 :根据接收到的电信号数据，MCU判断当前MEMS加速度传感器采集的信号数 据类型，进而确定相应的MEMS加速度传感器数据采样频率；具体过程为：
[0022] 首先分别求取所采集的各相邻时刻数字电信号间的相关系数，进而确定各相邻 时刻数字电信号间的相关性：如果各相邻时刻的数字电信号间的相关系数的平均值大于 〇. 8,则认为当前MEMS加速度传感器采集的信号数据间的相关性非常好，属于稳态信号数 据，相应地MEMS加速度传感器数据采样频率确定为低频采样频率；如果各相邻时刻的数字 电信号间的相关系数的平均值在〇. 3-0. 8之间，则认为当前MEMS加速度传感器采集的信号 数据间的相关性较好，属于随机信号数据，相应地MEMS加速度传感器数据采样频率确定为 中频采样频率；如果各相邻时刻的数字电信号间的相关系数的平均值低于〇. 3,则认为当 前MEMS加速度传感器采集的信号数据间的相关性一般，属于冲击信号数据，相应地MEMS加 速度传感器数据采样频率确定为最高频采样频率；
[0023] 步骤5 :MCU控制MEMS加速度传感器以步骤4中确定的采样频率采样数据，且MEMS 加速度传感器通过I2C总线将采样数据发送给MCU ;
[0024] 步骤6 :MCU对采样数据进行处理后，将数据发送给数据储存单元进行存储。
[0025] 有益效果：本发明在新型MEMS加速度传感器的基础上，设计了一种可用于全方位 振动信号测试的MEMS传感器及方法，该传感器可以方便地用于全方位振动信号的测试、采 集与实时存储，操作简单、且具有独立供电能力，可以连续工作2~4小时，在航空、汽车、电 力、船舶、电梯等行业振动信号测试、状态监测以及故障诊断等领域有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明一种实施方式的电路板60的结构示意图；
[0027] 图2 (a)为本发明一种实施方式的全方位调整器10的立体图；
[0028] 图2(b)为图2(a)的剖视结构示意图（其中的电路板未画出）；
[0029] 图3为本发明一种实施方式的球形壳体与电路板的装配示意图；
[0030] 图4为本发明一种实施方式的MSP430F435型单片机及其外围电路图；
[0031] 图5为本发明一种实施方式的MMA9559L型三轴加速度传感器电路图；
[0032] 图6为本发明一种实施方式的ADG3308BRUZ型双向电平转换器的电路图；
[0033] 图7为本发明一种实施方式的473521001型TF卡插座电路图；
[0034] 图8为本发明一种实施方式的采用可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器的 方法流程图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。
[0036] 本发明的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，包括：全方位调整器10、 MCU20、MEMS加速度传感器30、数据储存单元40和电源模块50 ;
[0037] 本实施方式的MCU20同时与MEMS加速度传感器30、数据储存单元40和电源模块 50相连接，并集成在一块电路板60上，如图1所示，其中电源模块50用于为电路板60上的 所有部件供电；
[0038] 本实施方式的全方位调整器10进一步包括杯式基座体100、环形套盖体101和球 形壳体102,如图2(a)和图2(b)所不；本实施方式中前述的电路板60固定设置在球形壳 体102内部；
[0039] 所述球形壳体102以放置于杯式基座体100内；球形壳体102由上、下两个半球形 壳体1021和1022通过螺纹固定连接构成；本实施方式中上半球形壳体1021顶部和下半球 形壳体