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三轴加速度传感器的类型、原理、特点和应用


  来源: 虹科医药电子 时间:2020-08-18 编辑:仪器仪表WXF
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Z轴与竖直方向的夹角,

对应人体绕Z轴的旋转角


他们与重力在X,Y,Z,轴方向上的加速度的关系如下:

参考坐标系

图1  参考坐标系

三轴加速度的计算公式


根据人体跌倒与日常生活活动(ADL)中的姿态的区别来判断跌倒是否产生,人体在跌倒时大部分是前后或侧向跌倒,这两跌倒都将分别导致Pitch和Roll在短时间内发生大幅度抖动,yaw值则主要用来辅助计算人体的静止姿态。考虑到MEMS(微机电系统)传感器容易受到噪声影响,还需要利用卡尔曼滤波算法对估算的倾斜角进行优化处理,部分消除噪声对MEMS加速度传感器测量值的影响,提高测量准确性,图2为其算法流程(流程图来自参考文献1):


人体跌倒系统算法流程图

图2  人体跌倒系统算法流程图


02 数字式三轴加速度传感器在快速准确监测机械故障方面的应用


振动频率作为计算机械疲劳强度的重要指标,保存和评估各种类型的机器和驱动器的特征性振动,冲击和振动参数,有助于优化机械传动系统的效率,并为这些参数确定合适的目标值和平均值。一方面,这可用于质量记录和性能参数的表示;另一方面,如果与预期的“良好”振动模式有偏差,则也可以在早期识别出即将发生的损坏。


以MSR Electronics GmbH的MSR165微型数据记录仪为例,仅有拇指大小的记录器MSR165专门用于振动,冲击和振动检测的应用。其核心传感器元件是高分辨率的三轴数字加速度计。借助该电子设备和下游相应的评估电子设备,强大的数据记录仪能够在三个空间轴(x,y,z)上每秒执行1600次冲击和振动测量,能够记录三个轴上的±15 g或±200 g的冲击载荷和振动,MSR165还可以增加存储卡扩充模块,其测量量可扩充至10亿个。


MSR165微型数据记录仪通过安装在待测设备上,对设备工作过程中的振动数据进行记录,然后将测量的数据导出到PC上的MSR PC软件,对振动过程的数据进行评估,MSR微型数据记录仪可在机械制造行业的所有领域中有针对性地使用,以检测和记录各种振荡模式,振动或冲击载荷,减少人为测量的误差影响。对记录的参数进行评估有助于快速,经济地进行故障诊断以及随后的机械或机电优化。最终,可以实现显着的时间和成本优势,尤其是在各种机器和驱动器的质量和可靠性方面的优势。图3为MSR PC软件的数据评估图。


MSR PC软件的数据评估图

图3  MSR PC软件的数据评估图


三、总结


三轴加速度传感器是一种能够测量物体空间中的加速度的电子设备,根据传感器实现原理的不同,可分为压阻式、压电式、电容式等类型,这些传感器上的本质原理都是通过传感元件将物体加速度转化为其他的物理量,如电阻、电压、电容等,再通过转化和滤波电路等将这些物理量转化为合适的输出信号。三轴加速度传感器以其体积小,质量轻等特点在诸多领域应用非常广泛,例如汽车电子、卫星导航、虚拟现实、振动监测等,这些具体应用会涉及到许多额外的知识,需要足够的了解加速度与应用领域的物理量的转换关系,并据此做出一套算法流程去实施。

关键词:三轴加速度传感器 类型 原理 应用    浏览量:7504

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