MEMS加速度計性能已臻成熟

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摘要：本文通過回顧一些數據來說明MEMS技術的發展狀況及性能水平，并將其與商用壓電（PZT）狀態監控加速度計進行比較。

關鍵詞：MEMS；加速度計；PZT

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.004

引言

對MEMS工藝技術的投資及設計創新己大大改善了MEMS的性能，使得MEMS足以成為更廣泛狀態監控應用的可行選擇。采用專門化MEMS結構和工藝技術，現在己實現諧振頻率高達50KHz.噪聲密度低至25μg/√Hz的加速度計。通過精心設計的信號調理電子電路，可以充分發揮此類新型加速度計的低噪聲優勢。

性能和比較數據

為了評估最新MEMS加速度計是否適合狀態監控應用，我們對其和一款商用PZT型狀態監控加速度計進行了對照測量。為確保這兩種傳感器具有相似的質量并受到相同激勵信號作用，我們將MEMS傳感器粘附于PZT傳感器的外殼。與PZT傳感器一樣，MEMS加速度計的單電源模擬輸出直接輸入到同一數據記錄儀的模擬輸入通道。一個數據采集儀（DAQ）用作這些實驗的采集系統。

電機未對準仿真

在振動測試儀上重建了一個實際場景，例如在基于振動的狀態監控中所述的場景，以便利用己知激勵信號比較器件。本例展示了一臺以5lOOrpm（85Hz）運轉的汽輪機和一臺未對準的3000rpm（50Hz）同步發電機的振動水平。該場景說明的是采用隨機振動測試模式時，振動系統經編程所產生的頻率和振幅。表1列出了兩個器件在目標頻率的振幅測量結果。

圖2顯示了21 KHz諧振頻率的MEMS加速度計和25KHz諧振頻率的PZT傳感器的頻譜測量結果。由圖2可知，在高達10KHz時，結果幾乎相同，主要差別在MEMS加速度計的低頻響應，MEMS加速度計在1Hz至1KHz頻段中的均方根（rms）輸出要比PZT加速度計高出大約30mg或1.7%。……