基于MEMS加速度传感器的行星齿轮箱故障诊断技术研究

行星齿轮箱广泛应用于直升机、风力涡轮机和重型工业机械的传动系统中。由于结构复杂的行星齿轮箱在系统中的作用非常重要,一旦发生故障可能导致整套系统停摆,造成重大经济损失,实时监测行星齿轮箱状态的必要性日益受到关注。因为行星齿轮箱载荷变化引起齿轮啮合激励的变化,同时信号的传递路径也较长,导致使用传统方式安装在机器箱体上的加速度传感器在行星齿轮箱故障诊断方面的准确性较低。随着低成本、低功耗MEMS技术的发展,MEMS加速度传感器可以直接安装在转轴上,这种测量方式可以直接测量激励源,获得高质量的数据,更准确地评估旋转机械的动态特性。本文研究了安装在行星齿轮箱低速输入轴转子上的MEMS加速度传感器的信号特性,并结合VMD算法对数据进行分解,研究结果表明:通过研究转子上加速度传感器信号频谱特征频率,可以准确地识别行星齿轮箱的不同故障,为行星齿轮箱的初级故障诊断提供一种可靠且低成本的方案。

复杂应力条件下MEMS加速度传感器可靠性分析

针对MEMS加速度传感器在复杂应力条件下潜在的疲劳失效与断裂失效问题,提出了一种基于全概率公式的可靠性评估模型,完成了器件在振动环境、冲击环境以及振动-冲击耦合环境下的可靠性建模。模型包含Wiener过程和齐次泊松随机过程,分别描述器件在振动环境中的疲劳损伤以及器件遭受的随机冲击,进一步考虑了随机冲击的幅值大小对器件退化率的影响。通过器件在冲击应力下产生的疲劳损伤突增量,反映多失效模式间的相关性。对比分析了振动-冲击相互独立与相互耦合作用的可靠性模型,结果表明,振动-冲击相互耦合作用的可靠性模型评估结果更具有指导意义。

基于MEMS加速度传感器的数字倾角仪设计

利用MEMS加速度传感器设计了倾角测试仪,并利用单片机进行了数据线性化、传感器温度和上电稳定特性等补偿,倾斜角可以通过LCD或上位机显示。实验表明:本系统倾角测量精度可达±0.2°,具有很好的工作稳定性和较高的性价比,使用上也更加灵活。

基于MEMS加速度计的飞行器姿态识别技术研究

研究了一种利用多只低灵敏度的微机电系统(MEMS)重力加速度传感器实现对飞行器姿态识别的方法。通过对MEMS加速度传感器的输出信号进行A/D采样,获得相应的数字信号,并将其送进单片机进行处理,实现对飞行器的仰角和倾角的高精度测量,最终得到飞行器的姿态信息。该方法可实现-180°^+180°范围内的倾角值测量,即使飞行器在旋转时也能进行实时测量,可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的实时姿态识别。

基于磁阻和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计及应用

在简单介绍了姿态角和地磁场的基础上,分析了电子罗盘工作原理,设计了基于磁阻传感器、MEMS加速度传感器及SoC(System on Chip)MCU的电子罗盘。根据其构成的主要器件,分析、补偿和计算了系统误差。该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低、价格低和精度高等优点。试验结果表明其能够很好地用于微型和超小型飞行器的姿态控制与导航。

基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用

利用MEMS加速度传感器设计了双轴倾角计,并采用单片机进行了线性化和温度补偿,倾斜角以模拟量和数字量2种形式输出。该倾角计体积小、重量轻、精度高,能够很好地满足MAV姿态控制及其他应用的倾角测量。

基于MEMS加速度传感器的步态识别

针对最小采集约束条件和经历长时间跨度下识别率低的问题,提出一种基于MEMS加速度传感器的步态识别算法。该算法以右髋部位置采集加速度信号构造多个高斯差分尺度空间,利用局部关键点生成稀疏表示的步态特征位置模板,并采用模板融合来有效转换稀疏性步态周期特征,最后利用最近邻算法和投票机制对步态特征进行识别。在公开的含175名测试者的步态加速度数据集上进行测试,实验结果显示识别率为98.67%和认证率为99.89%,并进一步研究了测试集和训练集样本数目对识别效果的影响,验证了特征提取的有效性和稳定性。

基于MEMS加速度传感器的飞行器倾角测量系统设计

根据MEMS加速度传感器的工作原理和特点,研究了一种基于MEMS三轴加速度传感器和C8051F352单片机的飞行器倾角测量系统的实现方法;介绍了倾角的测量原理及整体框架,重点阐述了系统的硬件电路设计和软件设计;该系统体积小、功耗低且可靠性高,可用于各类飞行器的倾角指示和测量。

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。

基于MEMS加速度传感器的倾角仪设计方法

提出了一种基于MEMS加速度传感器的高精度倾角测量方法,其基本思想是只需对低灵敏度加速度传感器的输出信号进行A/D采样,获得相应的数字信号,再用单片机处理该数字信号,就可实现对待测系统的仰角和倾角的高精度测量。该方法可实现(±180°范围内的倾角值测量,且当待测系统旋转时也可进行实时测量,故可用于飞机、导弹等飞行器的实时姿态测量。

硅MEMS加速度传感器教学实验平台构建

基于硅MEMS(micro-electromechanical systems)加速度传感器体积小(微米量级)、工作原理较抽象、课堂教学接受较困难等问题,构建了硅MEMS加速度传感器教学实验平台。该实验平台主要由加速度信号发生装置、高性能石英振梁加速度传感器、MEMS加速度传感器芯片、A/D转换电路、单片机数据采集及处理电路、液晶显示装置等组成。加速度信号发生装置提供不同的加速度信号。高性能石英振梁加速度传感器用于对MEMS加速度传感器的测试结果进行比对。测试结果表明,该实验平台性能良好,能够满足实验要求。该实验平台不但强化了对学生动手能力的培养,体现了实验教学与课堂教学的结合,也为传感器技术及应用、误差理论与数据处理等课程提供了重要支持。

MEMS加速度传感器计量检测技术的研究进展

MEMS加速度传感器在计量检测中有着广泛的应用。本文综述了MEMS加速度传感器的发展概况,总结了其分类方法、工作原理及特点,并提出发展趋势。

基于FPGA的MEMS加速度传感器接口设计

介绍了新型MEMS加速度传感器SMB380在加速度测量中的应用,完成了基于FPGA的数据采集系统接口设计,用VHDL语言编程,利用FPGA的普通I/O口模拟I2C总线规范的信号时序,实现FP-GA与SMB380的数据通信,并通过RS-232串行接口将数据送入PC机,利用C++Builder进行操作界面软件设计,实现了实时数据的图形化显示.

MEMS加速度传感器的距离测量性能分析

当前MEMS加速度因其高性价比被广泛应用到游戏、医疗康复等领域。通常利用MEMS加速度测量位移,然而由于MEMS加速度自身缺陷,易受噪声影响,加速度测量值存在较大误差。如果不采用任何措施对数据处理,得到的误差会非常大。本文主要分析MEMS位移测量的准确性,及采用卡尔曼滤波器后的位移估计;探讨MEMS加速度距离测量的可行性,为MEMS加速度的应用提供参考。

基于MEMS加速度传感器的轴承故障检测

提出了一种通过利用低成本的MEMS加速度传感器进行振动分析,实现检测电动机深沟球轴承多重故障的简易方法。首先分析了轴承多故障特征频率,然后通过快速傅里叶变换算法对轴承出现故障的电动机振动频率进行了分析,从振动频谱中提取故障频率来诊断轴承多重故障的存在。同时,基频分量周围的边带频率分量表明由于故障轴承存在空气间隙。在空载、单相以及失衡电压条件下通过实验对提出的方法进行了研究,结果显示提取出的故障频率与理论值两者十分接近,表明提出的方法能够有效检测并识别出感应电动机的多故障特征。

基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计

无人机、车载导航等方面需要用到地磁定向,而电子罗盘在应用中起到关键作用。针对车载导航的姿态控制和导航精度,本文以PNI公司磁感传感器为基础,结合MEMS加速度传感器、温度传感器及处理器MSP430F1611等器件构建一个具有倾角补偿的电子罗盘。实验结果表明,该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低和精度高等特点。通过实验验证了该方案的可行性与有效性。

MEMS加速度传感器在微位移测量中的应用研究

MEMS加速度传感器在微位移测量中有着广泛的应用,文章介绍了目前世界上主要的MEMS加速度传感器研究和生产情况,并针对MEMS加速度传感器在微位移测量方面的应用进行了概述,对其应用领域、研究方法和得出的结论进行了分析与评述,提出了目前存在的问题,并给出了相关的建议,为MEMS加速度传感器的进一步研究和应用提供参考。

基于MEMS加速度传感器的操纵台振动试验研究

利用ADXL001加速计自行设计了MEMS三相加速度传感器。探讨了MEMS加速度传感器在振动测量中的可行性。针对HXN5型内燃机车司机室操纵台的振动控制,利用自主开发的VTCL_DSP信号采集与分析系统对操纵台进行了系统的试验测试分析。针对被动隔振方法提出了优化方案。通过优化方案的试验验证,确定操纵台振动得到了有效控制。

MEMS加速度传感器在强震观测中的应用

提出基于MEMS加速度传感器的强震仪设计方案,并在强震观测中完成了地震加速度数据的采集、触发判断和存储。

用于器件级真空封装的MEMS加速度传感器的设计与制作

设计了一种可用于器件级真空封装的三明治电容式MEMS加速度传感器。该传感器被设计为四层硅结构,其中上下两层为固定电极,中间两层为硅—硅直接键合的双面梁—质量块结构的可动电极。利用自停止腐蚀工艺在中间质量块键合层上腐蚀出2个深入腔内的V型抽气槽,使得MEMS器件在后续的封装中能够实现内部真空。为防止V型抽气槽在划片中被水或硅渣堵塞,采用双面划片工艺。划片后,器件的总尺寸为6.8 mm×5.6 mm×1.72 mm,其中,敏感质量块尺寸为3.2 mm×3.2 mm×0.86 mm,检测电容间隙2.1μm。对器件级真空封装后的MEMS加速度传感器进行了初步测试,结果表明:制作的传感器的谐振频率为861 Hz,品质因数Q为76,灵敏度为1.53V/gn,C-V特性正常,氦气细漏<1×10-9atm-cm3/s,粗漏无气泡。