[发明专利]一种基于MEMS芯片的振动和冲击复合传感器

说明书

本发明涉及一种基于MEMS芯片的振动和冲击复合传感器，包括基于MEMS振动加速度计单元、带通滤波电路单元、ADC数字采集单元、低噪放信号调理单元和适配IEPE输出电路接口单元，基于MEMS振动加速度计单元用于获取被测设备的冲击特性，实现对被测设备振动加速度信号的检测，同时提供冲击脉冲信号检测；带通滤波电路单元用于对脉冲冲击信号进行围绕共振点进行窄带滤波以抑制带外干扰；ADC数字采集单元用于对包含振动与冲击的加速度模拟信号进行高精度的模数转换；低噪放信号调理单元用于加速度模拟信号的超低噪声处理与低噪信号放大处理；低噪放信号调理单元向适配IEPE输出电路接口单元输出模拟量；适配IEPE输出电路接口单元用于完成加速度模拟信号与IEPE接口转换。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于MEMS芯片的振动和冲击复合传感器。

背景技术

现有技术中，工业设备的故障检测通常采用振动监测来实现。传统的工业设备的振动监测是通过振动加速度压电陶瓷传感器获得，而工业设备的脉冲冲击波信号的压电传感器获得的振动加速度信号往往强度较小淹没于普通的振动信号中不易检测识别。另外，传统的压电传感器仅实现振动加速度压电传感，没有冲击振动监测功能。

冲击脉冲波是指传播于坚硬材料(如钢)中具有非常急剧的上升和下降时间的机械波。相对于传统的振动传感器，冲击脉冲传感器具有明显的优势，其中一个最大的优势是冲击脉冲传感器可以提前3至7个月的时间预知工业设备的故障。

以轴承的故障检测为例，冲击脉冲传感器通过硬件和软件的共同作用，确保在某一频率(例如32kHz)共振，使得所取的信号较常规振动传感器取得的信号幅值大5-7倍，因此，当轴承存在轻微的故障时，冲击脉冲就可以捕捉到可靠信号；而振动传感器捕捉到轴承故障信号时，轴承故障已经很严重，拆下轴承后，肉眼明显可以看到轴承的缺陷。

在工业应用领域，需要工业设备的在线健康状态检查与故障预知维修。其中，振动波检测主要侧重于工业设备的严重故障的监测，而冲击波检测主要侧重于工业设备的早期故障监测。同时具备振动波检测和冲击波检测这两种技术的传感器能够比较好地进行工业设备的全生命周期健康管理预警，最大化减少因非计划性停机造成的经济损失与安全隐患。

发明内容

本发明旨在提供一种基于MEMS(微机电系统，Micro-Electro-MechanicalSystem)芯片的振动和冲击复合传感器，所要解决的技术问题至少包括如何基于MEMS芯片设计一种新型的振动和冲击复合传感器，实现工业机械设备振动与脉冲冲击检测合而为一。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于MEMS芯片的振动和冲击复合传感器，包括基于MEMS振动加速度计单元、带通滤波电路单元、ADC数字采集单元、低噪放信号调理单元和适配IEPE输出电路接口单元，所述的基于MEMS振动加速度计单元与所述的带通滤波电路单元连接，所述的基于MEMS振动加速度计单元用于获取被测设备的冲击特性，实现对被测设备振动加速度信号的检测，同时提供冲击脉冲信号检测；所述的带通滤波电路单元用于对脉冲冲击信号进行围绕共振点进行窄带滤波以抑制带外干扰；所述的带通滤波电路单元还分别与所述的ADC数字采集单元和所述的低噪放信号调理单元连接，所述的ADC数字采集单元用于对包含振动与冲击的加速度模拟信号进行高精度的模数转换；所述的低噪放信号调理单元用于加速度模拟信号的超低噪声处理与低噪信号放大处理；所述的低噪放信号调理单元与所述的适配IEPE输出电路接口单元连接，该低噪放信号调理单元向所述的适配IEPE输出电路接口单元输出模拟量；所述的适配IEPE输出电路接口单元用于完成加速度模拟信号与IEPE接口转换。

所述的基于MEMS芯片的振动和冲击复合传感器还包括固态数据暂存/续传单元，该固态数据暂存/续传单元与所述的ADC数字采集单元连接，用于数据暂存与续传，同时也用于特殊情形下掉电后数据的保存与恢复。