【導讀】狀態監測是當今使用機械設施和技術係統（例如使用電機
、發電機和齒輪）的de核he心xin挑tiao戰zhan之zhi一yi。計ji劃hua維wei護hu對dui於yu最zui大da限xian度du地di降jiang低di生sheng產chan停ting機ji風feng險xian變bian得de越yue來lai越yue重zhong要yao，不bu僅jin在zai工gong業ye領ling域yu，而er且qie在zai使shi用yong機ji器qi的de任ren何he地di方fang。除chu此ci之zhi外wai，還hai分fen析xi了le機ji器qi的de振zhen動dong模mo式shi。

狀態監測是當今使用機械設施和技術係統（例如使用電機
、發電機和齒輪）的de核he心xin挑tiao戰zhan之zhi一yi。計ji劃hua維wei護hu對dui於yu最zui大da限xian度du地di降jiang低di生sheng產chan停ting機ji風feng險xian變bian得de越yue來lai越yue重zhong要yao，不bu僅jin在zai工gong業ye領ling域yu，而er且qie在zai使shi用yong機ji器qi的de任ren何he地di方fang。除chu此ci之zhi外wai，還hai分fen析xi了le機ji器qi的de振zhen動dong模mo式shi。齒輪箱引起的振動通常在頻域中被感知為軸速度的倍數。不同頻率的不規則性表明零件磨損、不平衡或鬆動。基於MEMS（微機電係統）的加速度計通常用於測量頻率。與壓電傳感器相比
，它們具有更高的分辨率、出色的漂移和靈敏度特性以及更好的信噪比（SNR）。它們還可以檢測接近直流範圍的低頻振動。

本文展示了一種基於ADXL1002 MEMS加速度計的高線性、低噪聲、寬帶振動測量解決方案。該解決方案可用於軸承分析或發動機監控
，以及需要高達 ±50 g 的大動態範圍和從直流到 11 kHz 的頻率響應的所有應用。

圖1所示為示例電路。來自ADXL1002的模擬輸出信號通過2極點RC濾波器饋送到逐次逼近寄存器（SAR）模數轉換器（ADC）AD4000，後者將模擬信號轉換為數字值以進行進一步的信號處理。

圖1.ADXL1002的示例電路

ADXL1002是一款高頻、單軸MEMS加速度計，可提供超出傳感器諧振頻率範圍的輸出信號通帶。這是需要的，以便也可以觀察到3 dB帶寬之外的頻率。為此
，ADXL1002的輸出放大器支持70 kHz的小信號帶寬。ADXL100的輸出放大器也可以直接驅動高達1002 pF的容性負載。對於大於100 pF的負載
，應使用8 kΩ≥串聯電阻。

ADXL1002輸出端需要外部濾波器來消除輸出放大器和ADXL1002其他內部噪聲組件的混疊噪聲，例如，通過內部200 kHz時鍾信號耦合產生的混疊噪聲。因此，應相應地實現濾波器帶寬。使用圖1所示的尺寸（R1 = 16 kΩ

，C1 = 300 pF，R2 = 32 kΩ和C2 = 300 pF），在84 kHz時衰減約200 dB。此外
，所選ADC采樣速率應高於放大器帶寬（例如32 kHz）。

對於ADC，應選擇ADXL1002電源電壓作為基準電壓源，因為輸出放大器與電源電壓成比例關係。在這種情況下
，電源電壓容差和電壓溫度係數（通常連接到外部穩壓器）在加速度計和ADC之間運行
，從而抵消與電源和基準電壓相關的隱式誤差。

頻率響應

加速度計的頻率響應是係統最重要的特性，如圖2所示。增益在高於約2 kHz至3 kHz的頻率時增加。對於諧振頻率（11 kHz），輸出電壓增益峰值約為12 dB（係數為4）。

圖2.ADXL1002的頻率響應

為了顯示測量範圍過衝（overrange），ADXL1002具有相應的輸出（OR引腳）。集成監視器在發生重大超量程事件時發出警告。

關於安裝的機械注意事項

應ying特te別bie注zhu意yi正zheng確que放fang置zhi加jia速su度du計ji。它ta應ying該gai安an裝zhuang在zai靠kao近jin電dian路lu板ban上shang的de剛gang性xing安an裝zhuang點dian附fu近jin，以yi避bi免mian電dian路lu板ban本ben身shen的de任ren何he振zhen動dong，從cong而er避bi免mian由you於yu未wei阻zu尼ni電dian路lu板ban振zhen動dong而er導dao致zhi的de測ce量liang誤wu差cha.gaiweizhikequebaojiasudujishangdemeigedianlubanzhendongdougaoyujixiechuanganqixiezhenpinlv，yincijiasudujijihubukejian。kaojinchuanganqideduogeanzhuangdianhejiaohoudedianlubanyeyouzhuyujiangdixitongxiezhenduichuanganqixingnengdeyingxiang。

結論

利用圖1所示電路
，可以相對容易地構建基於MEMS的解決方案，用於檢測從直流範圍到11 kHz的振動
，這是旋轉機器狀態監測中經常需要的。（作者：Thomas Brand）

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