频采样频率2048Hz，以保证信号采集的准确性；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MMA9559L型三轴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MMA9559L型三轴加速度传感器数据采样频率确定为 高频采样频率5120Hz，以保证信号采集的准确性；
[0056] 步骤5 :MSP430F435型单片机实时控制MMA9559L型三轴加速度传感器以步骤4中 确定的采样频率采样数据，且MMA9559L型三轴加速度传感器通过I 2C总线将采样数据发送 给MSP430F435型单片机；
[0057] 当MMA9559L型三轴加速度传感器数据采样频率确定为低频采样频率1024Hz时， MSP430F435型单片机控制MMA9559L型三轴加速度传感器的内部模拟电路3轴的数据 DR2, DR1，DRO置于111，MMA9559L型三轴加速度传感器就会以低频采样频率1024Hz采样 数据；当MEMS加速度传感器数据采样频率确定为中频采样频率2048Hz时，MSP430F435型 单片机控制MMA9559L型三轴加速度传感器的内部模拟电路3轴的数据DR2, DR1，DRO置于 010，MMA9559L型三轴加速度传感器就会以中频采样频率2048Hz采样数据；当MEMS加速度 传感器数据采样频率确定为高频采样频率5120Hz时，MSP430F435型单片机控制MMA9559L 型三轴加速度传感器的内部模拟电路3轴的数据DR2, DR1，DRO置于000, MMA9559L型三轴 加速度传感器就会以高频采样频率5120Hz采样数据；
[0058] 步骤6 :MSP430F435型单片机对采样数据进行处理后，通过SPI总线将数据发送到 TF卡进行存储；
[0059] 步骤6-1 :MSP430F435型单片机首先将I2C总线上的数据存到缓存队列中，之后对 缓存队列中的数据进行滤波处理；
[0060] 步骤6-2 :滤波后的数据会被写入TF卡数据暂存区，TF卡数据处理函数根据智能 切分算法将数据分割后，按采集时间命名成多个大小合适的文件；
[0061] 步骤6-3 :TF卡根据加密算法将分割后的数据加密并对数据进行压缩后存储到上 述各个文件中；
[0062] 步骤6-4 :TF卡读写函数会实时将分割后的文件，通过SPI总线写入系统初始化时 建立好的文件系统中，以便于上位机对数据做进一步的分析和处理。
【主权项】
1. 一种可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：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； 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； 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； 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； 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连接 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。2. 根据权利要求1所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：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。3. 根据权利要求1所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：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。4. 根据权利要求1所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：应 用时，杯式基座体固定在待测结构表面上。5. 根据权利要求1所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：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。6. 根据权利要求1所述的可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器，其特征在于：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；同时，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。7. 采用权利要求1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： 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； 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； 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 ; 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： 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0. 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0.3,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； 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 ; 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。
【专利摘要】本发明公开了一种可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器及方法，属于振动测试技术领域。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；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；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；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；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；MCU控制MEMS加速度传感器采样数据；MCU将数据发送给数据储存单元进行存储。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。
【IPC分类】G01P15/18, G01H11/06
【公开号】CN105092019
【申请号】CN201510502787
【发明人】李晖, 赵子瑾, 王源, 刘启伟, 王化明, 李鹤, 闻邦椿
【申请人】东北大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月17日