关于MEMS和压电式加速度传感器负面言论的回应
in 公司新闻 by 中科测控
最近接到友商在我司客户处大肆宣扬压电式加速度传感器和MEMS传感器不适用爆破测振的言论,为打消客户疑虑,我司将针对这个情况做详细的技术回应。MEMS传感器和压电式加速度传感器测控技术近年来发展迅猛,已经广泛应用于航空航天、大型贵重机械设备故障诊断等高可靠应用领域。在振动监测仪器检定的国家标准计量院单位,均采用的是压电式加速度传感器积分后去检定磁电式传感器,因此仅凭磁电式传感器和芯片传感器测量数据对比就否定这两种传感器是极其片面和不负责任的。当然这也反映了部分友商在仪器研发进程大大落后的焦虑心态。关于友商提及到的技术问题下面将一一回复。1、关于积分误差 MEMS芯片加速度传感器和压电式加速度传感器输出均是加速度信号,由于重力加速度的存在,因此Z向或者传感器未垂直安装的X,Y向会存在固定的直流分量,其直接反应了重力加速度的大小。当在积分前的信号中如果没有完全切除重力加速度,积分后的速度将出现单调递增或者递减的速度信号,从而导致数据错误。友商采用基于模拟高通滤波器来过滤重力加速度的方案肯定存在严重的技术缺陷,具体表现为电子元器件参数离散性,运算放大器的输入失调偏移,元器件的温度漂移和湿度漂移均会导致电路出现不可控的直流偏移,从而使得重力加速度不能彻底分离,因此产品做不过关。中科测控采用的是仪器内置实时数字滤波器,用高性能处理器进行高精度实时滤波信号处理,我们知道数字滤波器不存在参数一致性和环境漂移问题的,从而保证非常可靠地重力加速度直流分量切除,从而能对加速度可靠地积分。在实际测试中,我们的仪器经过了高低温、高湿度各种运行环境地严格测试,都能稳定可靠地测量加速度和速度。2、关于虚假数据 MEMS芯片加速度传感器和压电式加速度传感器低频特性非常优异,可以直接测到恒定不变的重力加速度,因此当传感器未可靠固定安装且遇到强烈震动时,可能发生传感器移位和倾角变化,由于传感器优良的低频特性,在移位过程中重力分量经过数字高通滤波器后会出现一定的恢复时间,此期间的确会出现较大的积分速度数据输出。但这个较大的速度数据并不是虚假和错误的,而是磁电式速度传感器根本不能测得的信号。磁电式传感器依赖弹簧振子和外壳之间的相对运动,才能产生电信号,而磁电式传感器只有在传感器整体存在一定的加速度的前提下,才能将力传递给弹簧振子引起弹簧形变,所以磁电式传感器相当于一个截至频率较高的二阶高通滤波器,它不可能测得此时频率很低的加速度和速度信号。其实生活中有一个很浅显易懂的例子能说明这个问题,很多节俭的人总喜欢把水龙头开得很小,让水流处于点滴状态,此时机械水表是不会计量的,从而得到免费的自来水,如果此时有一款计量精度非常高的流量计,测得每月的用水量将和机械水表相差很大。从另外一个角度来看,当传感器发生位移时,例如传感器脱离地面的一瞬间,此时传感器相当于自由落体,不再跟着地面一起运动,此时测得的信号已经没有了任何参考意义。3、关于高频滤波文档中提到的高频机械滤波更是反应了友商对振动信号测量的基础知识盲区,很难相信这是出自于专业测振技术公司。所谓机械高频滤波实际上是弹簧振子因为惯性而对加速度的模拟积分,我们知道积分后的信号输出会出现1/w的系数项,w为信号的角频率,任何积分运算都会产生信号角频率倒数的系数项,相同幅度的加速度信号频率越高,输出信号幅度越低,这就是他们所谓的高频机械滤波。中科测控仪器采用了高精度数字积分算法,数字积分的幅频特性和模拟积分的幅频特性没有任何区别,而以此理由来打压中科测控的产品是站不住脚和极其无知的。当然我们并不是要否定磁电式传感器,磁电式传感器相对于芯片传感器和压电式传感器在某些方面还是具有较大的优势,磁电式传感器也依然作为中科测控主推的传感器之一,我们会根据客户实际应用需求进行合适地推介。磁电式传感器最大的优势是极高的信噪比,由于磁电式直接是速度信号输出,在积分环节不存在对低频噪声信号的积分,因此信噪比极高。中科测控的测振仪器通过内置数字信号处理,将磁电式传感器振动信号测量灵敏度扩展到了亚微米/秒级别,远超于同行测控仪器信噪比,因此对于微震应用场景强烈推荐使用。此外针对磁电式传感器的低频响应较差的特性,我们特推出了数字低频模块,即在仪器中内置了数字低频信号处理,用数字积分、数字低通和数字高通滤波器,将磁电式传感器的幅频特性低频扩展至1Hz,事实上,我们实测过某些善于混淆视听的友商传感器性能,其宣称频率响应为1Hz-1KHz,而实测数据显示他们传感器频率只能到10Hz-300Hz。不管是磁电式传感器、加速度传感器还是各类采集仪,中科测控都是用心做好产品为宗旨,用实力和性能赢得客户的认可。