Kionix三軸加速度傳感器的高級(jí)數(shù)據(jù)路徑功能簡(jiǎn)介
發(fā)布時(shí)間:2020-07-06 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】本應(yīng)用指南旨在幫助開發(fā)者了解羅姆集團(tuán)旗下Kionix公司的KX13x系列三軸加速度傳感器搭載的獨(dú)有功能——高級(jí)數(shù)據(jù)路徑(Advanced Data Path,ADP)。ADP由用戶可定制的頻率濾波器和一個(gè)均方根(RMS)計(jì)算器組成,后者是提供所需帶寬內(nèi)的加速度振幅。X、Y和Z軸的16位ADP輸出可以從專用輸出寄存器中讀取,存儲(chǔ)在512字節(jié)的FIFO緩存中,然后被路由至Wake-Up(喚醒)和Back-to-Sleep(返回睡眠)引擎。通過設(shè)置想要的閾值振幅和計(jì)數(shù)器值,可以針對(duì)特定的動(dòng)作、旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)產(chǎn)生中斷。本文將通過介紹兩個(gè)簡(jiǎn)單的示例來(lái)直觀地展示該新功能的優(yōu)勢(shì)。
圖1:高級(jí)數(shù)據(jù)路徑(ADP)原理示意
現(xiàn)實(shí)世界中的加速度信息(左)由不同頻率和振幅混合而成,KX13x的ADP不僅可以捕獲這些信息,而且能夠輸出指定頻率范圍內(nèi)的加速度振幅(右側(cè)列舉了各種情況示例)。
1. 數(shù)據(jù)流
圖2所示的是一張普通數(shù)據(jù)流圖。該圖頂部的第一個(gè)方塊是數(shù)字加速度計(jì)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)路徑(Conventional Data Path,CDP)。CDP包含來(lái)自MEMS的模擬輸入、一個(gè)負(fù)責(zé)放大信號(hào)的模擬前端(AFE)、一個(gè)負(fù)責(zé)信號(hào)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及一個(gè)負(fù)責(zé)進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)單元。高級(jí)數(shù)據(jù)路徑(ADP)包含一對(duì)高度可配置的數(shù)字濾波器——可用于低通和高通的組合濾波器,以及計(jì)算實(shí)時(shí)振幅的均方根(RMS)計(jì)算器。用戶可以靈活地對(duì)ADP濾波器進(jìn)行訪問并設(shè)置。該濾波器可以設(shè)為Butterworth、Bessel、Chebyshev濾波器,甚至配置成自定義濾波器。ADP的輸出可以存儲(chǔ)在專用輸出寄存器,也可以被路由至內(nèi)置的512字節(jié)FIFO緩存,也可以兩種方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)。此外,ADP輸出可以作為一個(gè)輸入路由到內(nèi)置的動(dòng)作Wake-Up(喚醒)和Back-to-Sleep(返回睡眠)引擎。這些引擎可配置閾值和靈活的計(jì)數(shù)器,從而進(jìn)一步限定信號(hào)。如果滿足輸入信號(hào)判定標(biāo)準(zhǔn),那么器件中的中斷發(fā)生器將為主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)物理中斷,并設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)寄存器。圖2所示的是當(dāng)檢測(cè)到“持續(xù)了Th時(shí)間的特定振動(dòng)”時(shí)產(chǎn)生中斷的示例情況。
圖2:ADP數(shù)據(jù)流
2. 應(yīng)用實(shí)例
2.1.機(jī)器健康狀況
假設(shè)fop為機(jī)械系統(tǒng)(比如旋轉(zhuǎn)電機(jī))的工作頻率,fe為系統(tǒng)的錯(cuò)誤/故障模式頻率(圖3)。在此例中,fe低于fop并且在該圖中顯示,也就是說,由于機(jī)身松動(dòng),電機(jī)正在緩慢振動(dòng)。對(duì)于傳統(tǒng)加速度傳感器,為了檢測(cè)這種故障模式,人們需要用MCU/DSP進(jìn)行頻率分析。而MCU/DSP一直保持工作狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致額外的內(nèi)存空間需求以及更高的功耗。
而KX13x的ADP僅使用加速度傳感器就能夠檢測(cè)到這種事件,而且,如果把ADP數(shù)字濾波器設(shè)置為帶通或低通濾波器,讓fe通過而消除fop,還能為主機(jī)MCU產(chǎn)生中斷。
圖3:正常系統(tǒng)動(dòng)作和故障系統(tǒng)動(dòng)作的頻率分析
在圖4中,請(qǐng)注意,ADP被配置為低通濾波器以消除fop,而且RMS計(jì)算引擎被配置為獲取所需故障模式信號(hào)的絕對(duì)值。動(dòng)作引擎中的信號(hào)閾值(中間波形)用于限定事件。最后,圖下部的波形顯示了由運(yùn)動(dòng)引擎生成的真實(shí)信號(hào)。檢測(cè)到故障事件后,INS3寄存器中的WUFS位會(huì)被置位,而外部中斷引腳(如果已配置)則產(chǎn)生中斷信號(hào)。
圖4:ADP將目標(biāo)信號(hào)從原始加速度數(shù)據(jù)中分離出來(lái),并將振幅信息傳遞給運(yùn)動(dòng)引擎
2.2.包絡(luò)分析
包絡(luò)分析是一種周期性振動(dòng)故障檢測(cè)的有效方法,比如減摩軸承失效。ADP可用于生成加速度數(shù)據(jù)的包絡(luò)線(* 1)。包絡(luò)波形的快速傅里葉變換(FFT)可以顯示振動(dòng)周期,這有助于識(shí)別系統(tǒng)中的缺陷部件。在該例中,ADP濾波器應(yīng)配置為“帶通”:同時(shí)包含振動(dòng)頻率和誤差頻率,排除直流噪聲和高頻噪聲。
(*1)注:ADP輸出是偽包絡(luò),不是希爾伯特變換結(jié)果。
圖5:軸承球體故障引起的周期性振動(dòng)
包絡(luò)波形可以存儲(chǔ)在KX13x的512字節(jié)緩沖區(qū)中,也可發(fā)送到主機(jī)處理器進(jìn)行FFT分析。
圖6:使用原始加速度數(shù)據(jù)及其包絡(luò)的FFT
有關(guān)KX13x ADP的更多詳細(xì)信息和用法,請(qǐng)聯(lián)系羅姆的銷售代表。
3.其他資源
Ø KX13x系列頁(yè)面
https://www.kionix.com/product/KX132-1211
https://www.kionix.com/product/KX134-1211
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 【“源”察秋毫系列】 Keithley在碳納米管森林涂層纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀