一种新型MEMS加速度传感器的研制.pdf

第36卷第2期
电子器件
Vol 36 No. 2
2013年4月
Chinese Journal of Electron Devices
Apr.2013
Design on a New Type of MEMS Acceleration Sensor
YANG Yaoen" SUN Xingcheng WANG Qing 2 2.3
(1. Deparment of Electromechanical Engineering, Shijiazhung Inst ute of Railay echnology, Shijiazhuang 050041, Chin
2. Shijiazhuang Tiedao University, Shjiazhuang 050043, China
School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
Abstract: Since the traditional mechanical sensor has such disadvantages as large volume, high power consumption
and poor long-term stability. A novel wireless sensor based on MEMS technology is developed. The measuring
principle of this kind of wireless sensor is analyzed, The signal detection module, the micro-controller module and
the wireless transceiver module of this kind of wireless sensor are respectively designed. The embedded control
software of this wireless sensor is developed. One experiment system is designed to study the dynamic characteristic
of this wireless sensor. The exper al results under different acceleration input excitation show that the sensor has
good linear response, good repeatability and stability and its dynamic response is fast. This kind of wireless sensor is
particularly suitable for measuring the low frequency vibration
Key words: MEMS sensor; acceleration; dynamic characteristics; circuit desig
EEACC:7230;7320E
doi:10.3969/J.iss.1005-9490.2013.02.022
种新型MEMS加速度传感器的研制
杨要恩,孙幸成2,王庆敏23
(1.石家庄铁路职业技术学院机电系,石家庄050041;2.石家庄铁道大学,石家庄050043
3.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044
摘要:针对传统机械类传感器体积比较大、耗电量高、长期监测稳定性差的不足,研发出一种新颖的基于MEMS(微机械加
工)技术的无线传感器。分析了加速度传感器的检测原理,设计了信号检测模块、微控制器模块及无线收发模块等硬件集成
电路,并进行了软件实现。设计实验系统对所研发的加速度传感器动态特性进行了研究,实验结果表明:该传感器在不同的
加速度输人输出反复实验中,具有良好的线性响应,线性拟合度在0.999%F.S以上,重复稳定性好,动态响应快,适用于结构
的低频振动测试。
关键词:MEMS传感器;加速度;动态特性;电路设计
中图分类号:U213.1
文献标识码:A
文章编号:1005-9490(2013)02-0235-04
在现代工业测控领域,结构感知技术已经较初期能力差、易老化、可靠性差、动态响应慢、成本较高等
有了很大的发展,不同原理、不同类型、不同测试结构缺点,容易造成测试数据的失真,很难满足目前
的各种各样的传感器得到了广泛应用。而随着技术工业测控领域对结构参数进行长期、实时、在线自动
的不断发展,工业测控领域对传感器的采集精度、动感知的要求,以及对传感器成本低、耗电量小、质量
态响应、抗干扰能力、可靠性、质量、成本及频带等都轻、体积小等的节能减排的要求4。
提出了更高的要求。但是,目前工业测控领域所使用
为了满足结构对测试的要求,研发出一种基于
的传感器尤其是在大型结构长期实时振动测试所用MEMS微机械加工技术( Micro- Electro- Mechanical
的加速度传感器方面,多采用惯性式位移传感器及配 Systems)的无线加速度传感器,并对其传感特性进
套的放大器进行结构振动加速度测试,其存在抗扰动行了研究。
项目来源:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009A17102);河北省科技厅科技支撑计划项目(11213589);河北省
教育厅重点项目科研计划项目(ZH2012077,27201214)
收稿日期:2012-10-26修改日期:2012-11-14