圖1：高級數據路徑（ADP）原理示意

 

現實世界中的加速度信息（左）由不同頻率和振幅混合而成

，KX13x的ADP不僅可以捕獲這些信息，而且能夠輸出指定頻率範圍內的加速度振幅（右側列舉了各種情況示例）。

 

1. 數據流

 

圖2所示的是一張普通數據流圖。該圖頂部的第一個方塊是數字加速度計的傳統數據路徑（Conventional Data Path，CDP）。CDP包含來自MEMS的模擬輸入、一個負責放大信號的模擬前端（AFE）、一個負責信號數字化的模數轉換器（ADC）以及一個負責進一步處理的數字信號處理（DSP）單元。高級數據路徑（ADP）包含一對高度可配置的數字濾波器——可用於低通和高通的組合濾波器，以及計算實時振幅的均方根（RMS）計算器。用戶可以靈活地對ADP濾波器進行訪問並設置。該濾波器可以設為Butterworth、Bessel、Chebyshev濾波器，甚至配置成自定義濾波器。ADP的輸出可以存儲在專用輸出寄存器，也可以被路由至內置的512字節FIFO緩存


，也可以兩種方式同時實現。此外



，ADP輸出可以作為一個輸入路由到內置的動作Wake-Up（喚醒）和Back-to-Sleep（返回睡眠）引(yin)擎(qing)。這(zhe)些(xie)引(yin)擎(qing)可(ke)配(pei)置(zhi)閾(yu)值(zhi)和(he)靈(ling)活(huo)的(de)計(ji)數(shu)器(qi)
，從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)限(xian)定(ding)信(xin)號(hao)。如(ru)果(guo)滿(man)足(zu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)判(pan)定(ding)標(biao)準(zhun)，那(na)麼(me)器(qi)件(jian)中(zhong)的(de)中(zhong)斷(duan)發(fa)生(sheng)器(qi)將(jiang)為(wei)主(zhu)機(ji)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)物(wu)理(li)中(zhong)斷(duan)
，並(bing)設(she)置(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)狀(zhuang)態(tai)寄(ji)存(cun)器(qi)。圖(tu)2所示的是當檢測到“持續了T_h時間的特定振動”時產生中斷的示例情況。

 

圖2：ADP數據流

 

2. 應用實例

 

2.1.機器健康狀況

 

假設f_op為機械係統（比如旋轉電機）的工作頻率，f_e為係統的錯誤/故障模式頻率（圖3）。在此例中，f_e低於f_op並且在該圖中顯示，也就是說，由於機身鬆動，電機正在緩慢振動。對於傳統加速度傳感器，為了檢測這種故障模式
，人們需要用MCU/DSP進行頻率分析。而MCU/DSP一直保持工作狀態，會導致額外的內存空間需求以及更高的功耗。

 

而KX13x的ADP僅使用加速度傳感器就能夠檢測到這種事件
，而且，如果把ADP數字濾波器設置為帶通或低通濾波器，讓f_e通過而消除f_op


，還能為主機MCU產生中斷。

 

圖3：正常係統動作和故障係統動作的頻率分析

 

在圖4中，請注意


，ADP被配置為低通濾波器以消除f_op，而且RMS計算引擎被配置為獲取所需故障模式信號的絕對值。動作引擎中的信號閾值（中間波形）用於限定事件。最後
，圖下部的波形顯示了由運動引擎生成的真實信號。檢測到故障事件後，INS3寄存器中的WUFS位會被置位
，而外部中斷引腳（如果已配置）則產生中斷信號。

 

圖4：ADP將目標信號從原始加速度數據中分離出來，並將振幅信息傳遞給運動引擎

 

2.2.包絡分析

 

包絡分析是一種周期性振動故障檢測的有效方法
，比如減摩軸承失效。ADP可用於生成加速度數據的包絡線（* 1）。包絡波形的快速傅裏葉變換（FFT）可以顯示振動周期，這有助於識別係統中的缺陷部件。在該例中，ADP濾波器應配置為“帶通”：同時包含振動頻率和誤差頻率，排除直流噪聲和高頻噪聲。

 

(*1)注：ADP輸出是偽包絡，不是希爾伯特變換結果。

 

圖5：軸承球體故障引起的周期性振動

 

包絡波形可以存儲在KX13x的512字節緩衝區中，也可發送到主機處理器進行FFT分析。

 

圖6：使用原始加速度數據及其包絡的FFT

 

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，請聯係羅姆的銷售代表。

 

3.其他資源

 

Ø  KX13x係列頁麵

 

https://www.kionix.com/product/KX132-1211

 

https://www.kionix.com/product/KX134-1211

 

 

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