一种可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器及方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于振动测试
，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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种可用于全方位振动信号测试的MEMS传感器及方法。本专利技术的技术方案：一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；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；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；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；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；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。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；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。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：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0.3-0.8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。有益效果：本专利技术在新型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。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的电路板60的结构示意图；图2(a)为本专利技术一种实施方式的全方位调整器10的立体图；图2(b)为图2(a)的剖视结构示意图(其中的电路板未画出)；图3为本专利技术一种实施方式的球形壳体与电路板的装配示意图；图4为本专利技术一种实施方式的MSP430F435型单片机及其外围电路图；图5为本专利技术一种实施方式的MMA9559L型三轴加速度传感器电路图；图6为本专利技术一种实施方式的ADG3308BRUZ型双向电平转换器的电路图；图7为本专利技术一种实施方式的473521001型TF卡插座电路图；图8为本专利技术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。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种实施方式作详细说明。本专利技术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；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；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)所示；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；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通过螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，赵子瑾，王源，刘启伟，王化明，李鹤，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21