一种MEMS传感器设备

一种mems传感器设备
技术领域
1.本实用新型涉及传感器设备领域，尤其涉及一种mems传感器设备。


背景技术：

2.我国城市轨道交通建设迅速发展，在各制式轨道交通中地铁占据了极大比例，但地铁的全生命周期安全及风险管理远不及其建设的速度，地铁隧道在服役过程中所遇到的问题越来越多，使得地铁的安全程度和生命周期存在较大的隐患，因此需要设置传感器进行监测。
3.mems传感器产品作为现代mems传感技术的重要组成产品，一直以来发展迅速，在各个领域都已经有着广阔的应用发展及广泛应用的前景，深受来自世界各国的广泛重视，但是目前的mems传感器没有对轨道和隧道内的情况进行针对性设置，不利于传感器在地铁隧道中长期工作。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种mems传感器设备，可抵抗恶劣环境干扰，实现隧道内环境监测。
5.本实用新型所采用的技术方案是：包括防水盒和mems传感器，所述mems传感器封装在防水盒内，所述防水盒包括顶盖和盒体，所述顶盖安装在盒体上，所述mems传感器包括感应模块和控制模块，所述感应模块与控制模块连接。
6.进一步，所述控制模块包括电源子模块、无线子模块和核心处理器，所述电源子模块、无线子模块和核心处理器两两相连接，所述核心处理器与感应模块连接。
7.进一步，所述核心处理器采用树莓派3b。
8.进一步，所述加速度传感器包括adxl345芯片、第一电阻和第二电阻，所述adxl345 芯片的一号引脚与第一电阻的第一端点连接，所述adxl345芯片的七号引脚与第一电阻的第二端点连接，所述adxl345芯片的十二号引脚与第二电阻的第一端点连接，所述第二电阻的第二端点接地。
9.进一步，所述运动追踪传感器包括mpu6050芯片、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，所述mpu6050芯片的二十四号引脚与第三电阻的第一端点连接，所述mpu6050芯片的二十三号引脚与第四电阻的第二端点连接，所述第三电阻的第二端点和第四电阻的第二端点与供电电源连接，所述mpu6050芯片的二十号引脚与第一电容的第一端点连接，所述第一电容的第二端点接地，所述mpu6050芯片的十三号引脚与第二电容的第一端点连接，所第二电容的第二端点接地，所述mpu6050芯片的八号引脚和第三电容的第一端点与供电电源连接，所述第三电容的第二端点接地，所述mpu6050芯片的十号引脚与第四电容的第一端点连接，所述第四电容的第二端点接地。
10.进一步，所述防水盒采用abs塑料制成。
11.进一步，所述顶盖与盒体连接，连接处设有发泡硅胶。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种mems传感器设备，通过将传感器封装在防水盒内，使得本设备能够预防渗水、飞尘等外界因素影响设备的正常工作，能在地铁隧道中长期工作，采集外界的变化信息并上传至用户端，实现隧道内环境监测。
附图说明
13.图1是本实用新型第一种封装方式的mems传感器设备装置图；
14.图2是本实用新型第二种封装方式的mems传感器设备装置图；
15.图3是本实用新型第三种封装方式的mems传感器设备装置图；
16.图4是本实用新型一种mems传感器设备的结构框图；
17.图5是本实用新型加速度传感器的部分电路图；
18.图6是本实用新型运动追踪传感器的部分电路图；
19.图7是本实用新型双芯片mems传感器的部分电路图。
20.附图标记：1、顶盖；2、盒体；3、感应模块；4、控制模块；5、内置电池；6、蓄电池； 7、防水接头；8、电源插头；9、网线端口。
具体实施方式
21.本实用新型提供了一种mems传感器设备，包括防水盒和mems传感器，所述mems 传感器封装在防水盒内，所述防水盒包括顶盖1和盒体2，所述顶盖1安装在盒体2上，所述mems传感器包括感应模块3和控制模块4，所述感应模块3与控制模块4连接。
22.具体地，参照图4，感应模块3由基于mems制作的传感器及保护电路组成，主要功能是采集外界的变化信息，并通过杜邦线将传感器的数字信号传递到控制模块4的处理中心；控制模块是传感器数据处理点的核心，由小型化的处理器及相关元件组成，主要功能包括为感应模块3提供稳定的工作电压，将感应模块3的输出信号转换成3轴加速度、3轴角速度和3轴角度的数据，并将这些数据实时上传到远程监控端。
23.进一步作为优选实施例，所述控制模块4包括电源子模块、无线子模块和核心处理器，所述电源子模块、无线子模块和核心处理器两两相连接，所述核心处理器与感应模块3连接。
24.进一步作为优选实施例，所述核心处理器采用树莓派3b。
25.具体地，本发明采用树莓派3b作为传感器的处理器、采用内置专属电源作为电源模块、采用4g无线上网卡作为无线模块，共同组成控制模块4，实现对感应模块实时传出的信号进行采集和处理，并通过远程传输协议将实时处理的数据上传到远程平台，在远程监控平台的应用端可查看现场采集的实时数据。
26.进一步作为优选实施例，所述感应模块3包括加速度传感器和运动追踪传感器，所述加速度传感器和运动追踪传感器分别与控制模块4连接。
27.具体地，本发明采用adxl345芯片为核心制作的加速度传感器和mpu6050芯片为核心制作的运动追踪传感器构建感应模块。
28.进一步作为优选实施，所述加速度传感器包括adxl345芯片、第一电阻r1和第二电阻 r2，所述adxl345芯片的一号引脚与第一电阻的第一端点连接，所述adxl345芯片的七号引脚与第一电阻r1的第二端点连接，所述adxl345芯片的十二号引脚与第二电阻r2的第一
端点连接，所述第二电阻r2的第二端点接地。
29.具体地，电路图参照图5，传感器的尺寸设为30
×
30
×
1mm，灵敏度为3.9mg/lsb，正常工作所需电源电压为vcc＝3.3v，最大工作电流(输出速率100hz)为imax＝140μa，其体型轻小、功耗低、灵敏度高的特点符合监测要求，适合用于监测有无变形的发生及变形前后位置的变化。
30.进一步作为优选实施例，所述运动追踪传感器包括mpu6050芯片、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4，所述mpu6050芯片的二十四号引脚与第三电阻r3的第一端点连接，所述mpu6050芯片的二十三号引脚与第四电阻r4的第二端点连接，所述第三电r3阻的第二端点和第四电阻r4的第二端点与供电电源连接，所述mpu6050芯片的二十号引脚与第一电容c1的第一端点连接，所述第一电容c1 的第二端点接地，所述mpu6050芯片的十三号引脚与第二电容c2的第一端点连接，所第二电容c2的第二端点接地，所述mpu6050芯片的八号引脚和第三电c3的第一端点与供电电源连接，所述第三电容c3的第二端点接地，所述mpu6050芯片的十号引脚与第四电容c4 的第一端点连接，所述第四电容c4的第二端点接地。
31.具体地，电路图参照图6，该传感器的尺寸约30
×
30
×
1mm，通过iic总线协议连接处理器实现对3轴加速度的变化和3轴角速度的变化的检测，灵敏度为1mg/lsb、131lsb/(
°
/s)，电源电压为vcc＝3.3v，最大工作电流(加速度计与陀螺仪同时工作)为imax＝3.8ma，其具备体型轻小、功耗低、灵敏度高的特点，可用于进行长期监测工作。
32.进一步作为优选实施例，所述防水盒采用abs塑料制成。
33.进一步作为优选实施例，所述顶盖1与盒体2连接，连接处设有发泡硅胶。
34.具体地，封装采用的防水盒为带耳防水盒，方便现场设置安装，其尺寸约为115
×
90
×ꢀ
55mm、壁厚3mm，材料选取耐腐蚀性强的abs塑料，有一圈发泡硅胶起到防水密封保护的作用。
35.此外，还公开了三种封装方式：
36.第一种封装方式，参照图1，可以进行短期的监测工作。封装方法为将树莓派专用内置电池5与无线模块、树莓派、传感器固定封装在防水盒中，使用时启动电源模块并安装好封盖即可自动测量。防水盒的防水防尘指标为ip65，盒子尺寸为115
×
90
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65mm，内置电池5 可为树莓派和传感器提供约5小时正常工作的稳定电压。
37.第二种封装方式，参照图2，可进行现场较长时间的监测工作。封装方法为将树莓派与传感器封装在防水盒中，在防水盒一侧开直径20mm的防水孔并安装防水接头7，使仪器可以连接外部电源。防水盒的性能指标为ip65，盒子尺寸为115
×
90
×
65mm，外接电源为蓄电池6，可为传感器和树莓派提供至少持续7天的稳定工作电压。
38.第三种封装方式，参照图3，可进行现场长期监测工作。封装方法为将树莓派与传感器封装在防水盒中，在相邻两面开直径20mm的防水孔并安装防水接头7。防水盒的防水防尘指标为ip65，盒子尺寸为120
×
81
×
65mm，从防水孔接出的电源插头8和网线端口9可连接外部设备，电源插头8可连接220v电源进行长期工作，网线端口9可连接电脑等外部设备对树莓派进行本地操作。
39.为了提高监测效率和降低监测成本，本发明进而设计了一种集成adxl345和mpu6050 的双芯片mems传感器用以代替加速度传感器和运动追踪传感器，通过iic总线协
议输出。负责感测3轴加速度、角速度、角度变化，并传递到控制模块。
40.具体地，双芯片mems传感器，电路设计图如图6所示。其尺寸为35
×
35
×
1mm，工作电压为vcc＝3.3v，在整个电路设计中，c9、c10作为滤波电容，其主要作用是有效过滤直流电中的杂波，使工作的电源更加稳定，从而保证了传感器工作的稳定性；d1作为电源指示灯，其主要作用是提示仪器正常工作；u1模块为mpu6050，通过iic总线协议与处理器通讯，接gnd地址为0x68，r5、r6为上拉电阻，c6、c7为电源滤波电容，c5为电荷泵连接电容，c8为调节器滤波电容；u2模块为adxl345，r7为它的片选上拉电阻，起到启动 iic通讯的作用，r8为下拉电阻，将信号稳定在低电平上，配置设备从地址，接gnd地址为0x53，其中部分电路元件所处位置与加速度传感器和运动追踪传感器内的元件所处位置一样，实现的功能也应当相同。
41.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。