用加速度传感器ADXL345测振动位移能实现吗

duhui75 · 发表于 2015-5-14 18:39:48

公司想用加速度传感器测振动位移，（2）工作频宽：10-2KHz；（3）监测范围：加速度值: 0~50g；速度值: 0~200mm/s；位移值： 0~2000um。采样加速度值，一次积分得速度，二次积分得位移。算出的数据完全不对。有没有前辈做过的指点一二，谢谢。

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 18:42:02

工作频宽：10-2KHz

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 18:43:05

这个传感器不合适吧

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 18:58:04

测振一般用压电传感器做，加速度传感器的响应速度不知道是不是跟得上
虽然加速度积分得到速度，速度积分得到位移，但在这里你的积分方法不可行
如果你现在的振动是低频的（十几HZ），你有传感器数据的话，我可以试试

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:18:26

zouzhichao 发表于 2015-5-14 18:58
测振一般用压电传感器做，加速度传感器的响应速度不知道是不是跟得上
虽然加速度积分得到速度，速度积分得 ...

你说十几赫兹，你有什么好的思路啊。压电传感器，你有推荐的型号吗

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:22:14

zouzhichao 发表于 2015-5-14 18:58
测振一般用压电传感器做，加速度传感器的响应速度不知道是不是跟得上
虽然加速度积分得到速度，速度积分得 ...

adxl345加速度传感器采样速率可达到1000hz。测位移对响应速度的要求多高啊

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:29:31

duhui75 发表于 2015-5-14 19:18
你说十几赫兹，你有什么好的思路啊。压电传感器，你有推荐的型号吗

以前同事做动平衡标定的机子用的是奇石乐（kistler）的9103A单方向压电传感器，配一个电荷放大器5038A2，由于硬件设计不是我负责的，具体不详

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:30:28

duhui75 发表于 2015-5-14 19:22
adxl345加速度传感器采样速率可达到1000hz。测位移对响应速度的要求多高啊

至少要比你的振动频率高两三个数量级吧，否则毫无精度可言啊

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:35:40

duhui75 发表于 2015-5-14 19:22
adxl345加速度传感器采样速率可达到1000hz。测位移对响应速度的要求多高啊

以前做的振动频率6.67Hz，AD采样率相当于2000

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:38:38

duhui75 发表于 2015-5-14 19:18
你说十几赫兹，你有什么好的思路啊。压电传感器，你有推荐的型号吗

淘宝上搜了一下，关键词“压电传感器”
比如这个http://item.taobao.com/item.htm? ... p;abbucket=1#detail

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:38:53

zouzhichao 发表于 2015-5-14 19:30
至少要比你的振动频率高两三个数量级吧，否则毫无精度可言啊

确实啊。我在网上看到好多论文讲的快速傅里叶变换来做。有点复杂。软件是你设计的吗。你采集得到的加速度数据有没有滤波处理过什么的。

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:42:17

duhui75 发表于 2015-5-14 19:38
确实啊。我在网上看到好多论文讲的快速傅里叶变换来做。有点复杂。软件是你设计的吗。你采集得到的加 ...

我做的跟你这个不太一样，你发一下测试数据看看吧

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:43:15

duhui75 发表于 2015-5-14 19:38
确实啊。我在网上看到好多论文讲的快速傅里叶变换来做。有点复杂。软件是你设计的吗。你采集得到的加 ...

有加fir滤波

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:45:47

zouzhichao 发表于 2015-5-14 19:42
我做的跟你这个不太一样，你发一下测试数据看看吧

纵坐标是加速度单位m/s2. 横坐标采集时间1ms

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:47:52

duhui75 发表于 2015-5-14 19:45
纵坐标是加速度单位m/s2. 横坐标采集时间1ms

你的振动频率太高了吧，你这原始数据没什么意义啊

zouzhichao · 发表于 2015-5-14 19:49:21

换传感器吧

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:53:53

zouzhichao 发表于 2015-5-14 19:47
你的振动频率太高了吧，你这原始数据没什么意义啊

测大型机器的电机振动，估计频率有点高吧。关键是得到加速度数据，怎么个算法才能使精度更高。

duhui75 · 发表于 2015-5-14 19:55:45

http://www.amobbs.com/forum.php? ... 0%E9%80%9F%E5%BA%A6
坛子里面有好多持悲观态度的，我都想放弃了。

loohoo0302 · 发表于 2015-5-14 20:34:39

duhui75 发表于 2015-5-14 19:55
http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5549109&highlight=%E5%8A%A0%E9%80%9F%E5%BA%A6
...

之前我也打算用加速度芯片做电机振动幅度测量，后来发现加速度芯片的量程不够，
量程够了精度又不够，最重要的是高频响应太低，而且噪声出奇的大。（无论软件滤
波还是硬件滤波都搞不定）。。如果以上都合适那价钱贵上天去了，想来想去还是
压电的好：量程足够、噪声低、精度可以。而且完全不受重力影响。就是前置电路
一定要匹配，不然前面说的量程、噪声、精度、响应、抗干扰都飞天上去了……（省略2K字），祝好运！

duhui75 · 发表于 2015-5-14 20:51:15

loohoo0302 发表于 2015-5-14 20:34
之前我也打算用加速度芯片做电机振动幅度测量，后来发现加速度芯片的量程不够，
量程够了精度又不够，最 ...

前置电路怎么说

DOER · 发表于 2015-5-14 21:39:21

放弃吧，呵呵

wiser803 · 发表于 2015-5-14 21:56:48

本帖最后由 wiser803 于 2015-5-14 21:59 编辑

duhui75 发表于 2015-5-14 19:45
纵坐标是加速度单位m/s2. 横坐标采集时间1ms

从LZ 给出的振动波形来看，确实表达没什么意义，因此即使对信号进行处理也得不到有意义的信息。
可能是LZ 用了采样型加速度计来进行加速度的测量，由于采样型加速度计一般采样频率（带宽）比较有限，达不到对振动信号中实际混有的较大随机噪声的有效采集，最终得到变形严重的数据。
一般作为振动专用传感器的采用（压电式）模拟信号加速度计（带宽较宽、连续），且需要配置一个高品质的传感器前置放大器，以便对传感器进行阻抗匹配和电压信号放大、提高信号的信噪比。然后，由后级ADC 对放大的信号进行数字化，再由计算机进行各种数学处理，以便对信号进行后期分析和直观的显示。

lmzlbf · 发表于 2015-5-14 22:22:41

可以采用电涡流位移传感器，电涡流传感器为非接触式测量

duhui75 · 发表于 2015-5-14 22:25:26

wiser803 发表于 2015-5-14 21:56
从LZ 给出的振动波形来看，确实表达没什么意义，因此即使对信号进行处理也得不到有意义的信息。
可能是LZ ...

如果我想用单片机外加压电式加速度传感器，可以实现精确测量位移吗

duhui75 · 发表于 2015-5-14 22:28:26

lmzlbf 发表于 2015-5-14 22:22
可以采用电涡流位移传感器，电涡流传感器为非接触式测量

测电机的震动，要接触式的

wiser803 · 发表于 2015-5-14 22:48:40

duhui75 发表于 2015-5-14 22:25
如果我想用单片机外加压电式加速度传感器，可以实现精确测量位移吗

原理上应该是可以的，但实际上模拟加速度计的模拟前置放大器是至关重要的，专业级的前置放大器都是至少好几千的（单一个模拟加速度计也要几千）。
单片机只是后级对数字进行处理的事情，不是重点。重点是前端的振动正确测量，模拟电压长线传输及无失真放大，AD转换采样带宽合理选取等。

lmzlbf · 发表于 2015-5-14 22:50:24

电机整体的振动吗？

lmzlbf · 发表于 2015-5-14 23:00:22

电涡流位移传感器是可以达到你的测量要求的，响应频率可以达到8khz.输出电压信号。测量电机轴向位移或径向位移基本都采用电涡流传感器，电涡流精度高。

DOER · 发表于 2015-5-15 08:15:08

lmzlbf 发表于 2015-5-14 23:00
电涡流位移传感器是可以达到你的测量要求的，响应频率可以达到8khz.输出电压信号。测量电机轴向位移或径向 ...

他要测量电机的整体振动，估计用涡流够呛了，因为电机附近都会振动，安装会是个问题。

duhui75 · 发表于 2015-5-15 09:50:17

wiser803 发表于 2015-5-14 22:48
原理上应该是可以的，但实际上模拟加速度计的模拟前置放大器是至关重要的，专业级的前置放大器都是至少好 ...

老板看到别人的这个设备，也想做。正好有个ADI的销售推荐adxl345.

duhui75 · 发表于 2015-5-15 12:39:31

wiser803 发表于 2015-5-14 22:48
原理上应该是可以的，但实际上模拟加速度计的模拟前置放大器是至关重要的，专业级的前置放大器都是至少好 ...

看起来很复杂啊，您有合适的方案吗

duhui75 · 发表于 2015-5-15 20:36:14

DOER 发表于 2015-5-15 08:15
他要测量电机的整体振动，估计用涡流够呛了，因为电机附近都会振动，安装会是个问题。 ...

电涡流不行安装是个问题

啦啦 · 发表于 2015-5-19 09:59:58

ADXL345使用问题，建议参考这里https://ezchina.analog.com/search.jspa?q=ADXL345*&facet=content

lmzlbf · 发表于 2015-5-24 12:52:38

本帖最后由 lmzlbf 于 2015-5-24 12:54 编辑

制作一个高质量的电荷放大器确实非常困难，首先要选取合适的芯片，为什么一般的运放不适合做电荷放大器呢？因为压电传感器的阻抗非常高，通常在100M欧姆以上，如果要制作频带响应非常好的电荷放大器，则反馈电阻必须在1G欧姆以上，甚至可能到200G欧姆。而低噪声的OP37放大器的偏流在15nA左右，足以在1G欧姆（我通常用1G欧姆的反馈电阻）的反馈电阻上产生15V的输出偏压！！！所以一般要使用JFET或COMS输入型的运放，输入偏流在30pA的LF356适合做一般性能的电荷放大器，1G的反馈电阻导致450mV的输出偏压是可以通过电容隔直耦合消除的。所以我见到过很多国产的电荷放大器里面使用这款芯片。
但是还有一个重要的因素是电荷放大器的电流噪声，我不喜欢用LF356做电荷放大器，因为它的电流噪声仍然有0.01pA（仍然是1G的反馈电阻），这样在输出至少因为运放的电流噪声较大的输出噪声。我们制作的系列电荷放大器里面的芯片，电流噪声只有0.02fA，好一千倍。
即使用最好的芯片，噪声电流仍然会从电路板的四面八方传导过来，因为电路板的绝缘电阻已经显得不太绝缘了。用短路环保护运放的输入端非常必要，即使如此，可恶的噪声电流还是会通过PCB表面的污渍爬过来，比小强还顽固，电路焊接完成后，必须彻底清洗。
　　接下来是屏蔽，我曾经试过用薄薄的PCB板的下表面整面覆铜接地，而上表面用铜片焊接成一个封闭的盖子。但是实际上辐射电波可以穿透PCB铜箔影响到放大器的噪声，电荷放大器是专门定做了较厚的屏蔽盒，才完全屏蔽外界辐射干扰。
特殊的高阻值电阻和性能稳定的电容是做好一个性能稳定、增益准确的电荷放大器的关键，高阻值电阻提供直流泄放通道使运放不至于饱和，通常的聚丙烯薄膜电容已经是质量非常好的了，用于滤波和分频电路可以得到不错的效果，但是如果你将一个1微法的聚丙烯薄膜电容握在手心里面测量，会发现电容量很快增加到2微法！完全不适合作为反馈电容，通过选择低泄漏电流、高阻抗电容，可以达到预期效果。
为保证放大器的低频频响需要在增大放开电阻上采取措施，通常有以下两种措施，1、运算放大器输入级选用具有较高绝缘电阻的一对场效应管。对管的工作电流需要细心调整，使其工作在零温度系数点。2、为保证反馈电阻的高阻值，反馈电阻及电容的接点要在专用的接线柱上来连接。
电荷放大器的反馈电容一般不可选得太小，以免因寄生电容的影响给仪器调试和使用造成困难。电容元件的选择标准和阻容积分网络的要求一致，要求电容泄放电阻高，集肤效应小，而且具有小温度系数和长时间稳定性良好。
当压电传感器与电荷放大器联用，压电传感器自身绝缘漏电阻足够高时，系统的低频下限主要由电荷放大器的反馈电容和反馈电阻决定一般的反馈电阻可取10的10次方欧姆以上，这样电荷放大器的下限截止频率可以做的很低。
如果你也想制作一个好的电荷放大器，一定要做足功课，否则还不如直接用电压放大器来检测加速度传感器的信号，未必误差会大于一个没有仔细设计调试的电荷放大器。

Semiconductor · 发表于 2015-5-24 13:25:57

楼上出现了专家，顶一下

fnems · 发表于 2015-5-24 14:36:42

本帖最后由 fnems 于 2015-5-24 14:37 编辑

采样加速度值，一次积分得速度，二次积分得位移

完全不靠谱，除非有另外的传感器提供位移数据，两路信号做融合。

LZ肯定没有做误差分析。
加速度值不可能没有稳态误差，所以速度的误差至少包含了加速度稳态误差乘以时间的一次方函数、位移误差是时间二次方的。
就算加速度值测出来完全没有稳态误差，也不能保证安装面完全水平（从而避免测到重力加速度分量）。
就算保证安装面绝对水平、加速度值绝对没有稳态误差，也不能保证二次积分的舍入误差是有界的。

duhui75 · 发表于 2015-5-25 18:07:04

lmzlbf 发表于 2015-5-24 12:52
制作一个高质量的电荷放大器确实非常困难，首先要选取合适的芯片，为什么一般的运放不适合做电荷放大器 ...

淘宝买了一个普通的测振仪，分析了电路。传感器，电荷型压电加速度传感器。内部电路。电荷放大器（tl082运放），带通滤波，峰值检测电路，双积分型ADC（icl7135）. 没有想象中那么复杂。

duhui75 · 发表于 2015-5-25 18:07:21

fnems 发表于 2015-5-24 14:36
完全不靠谱，除非有另外的传感器提供位移数据，两路信号做融合。

LZ肯定没有做误差分析。

淘宝买了一个普通的测振仪，分析了电路。传感器，电荷型压电加速度传感器。内部电路。电荷放大器（tl082运放），带通滤波，峰值检测电路，双积分型ADC（icl7135）. 没有想象中那么复杂。

xinwu · 发表于 2015-5-27 19:54:51

楼主振动行业的，这个一般都用压电加速度。

lmzlbf · 发表于 2015-6-2 21:48:43

zouzhichao 发表于 2015-5-14 18:58
测振一般用压电传感器做，加速度传感器的响应速度不知道是不是跟得上
虽然加速度积分得到速度，速度积分得 ...

压电加速传感器完全可以达到你想要的10几赫兹要求，压电传感器的响应速度理论上能达到2us(微妙)，什么概念！！！！虽然压电加速度传感器能达到如此高的响应频率，但是你的后端处理电路未必能达到。后面我有专门介绍如何制作高质量的电荷放大器。振动频率低，1、对你的积分电荷放大器积分电容的泄漏电流、泄漏电阻提出很苛刻的要求；2、对你的电路板提出了严格的要求，甚至有必要采用陶瓷基板（我见过KISTLER电荷放大器就是采用陶瓷基板制作的）；3、对你的电路的直流负反馈电阻提出过分的要求。

lmzlbf · 发表于 2015-6-2 21:50:39

TL082失调电流太大了，在你测量低频振动时和小沈阳的裤衩差不多，跑偏了。

zouzhichao · 发表于 2015-6-4 10:33:06

lmzlbf 发表于 2015-6-2 21:48
压电加速传感器完全可以达到你想要的10几赫兹要求，压电传感器的响应速度理论上能达到2us(微妙)，什么概 ...

表达有点失误，我说的加速度传感器指的是三轴加速度传感器mems，我说的压电传感器是压电加速度传感器
压电传感器的带宽瓶颈在后级处理电路

duhui75 · 发表于 2015-6-6 17:32:01

zouzhichao 发表于 2015-6-4 10:33
表达有点失误，我说的加速度传感器指的是三轴加速度传感器mems，我说的压电传感器是压电加速度传感器
压 ...

小伙，谢谢啊

w12315 · 发表于 2015-8-8 10:37:33

谢谢分享

smart_inside · 发表于 2015-11-10 17:42:01

这个传感器量程不够吧，速率可以到3200

用加速度传感器ADXL345测振动位移能实现吗

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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