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内建杂讯过滤功能加速度感测器
适用于工控及穿戴式装置进行之动态感测
[作者 ROHM]   2019年12月06日 星期五 浏览人次: [5648]

近年来,许多工厂都在努力节省人力并提高生产效率,因此希望在工控装置出现故障之前,就能够检测出异常的预测性维护观念越来越普及。同时,机器健康监测(Machine Health Monitoring)也越来越受到关注,运用于状态检测的感测器元件之重要性更是逐年增加。


半导体制造商ROHM集团旗下的Kionix, Inc.,开发出二款加速度感测器「KX132-1211」和「KX134-1211」,适用于工控装置和穿戴式装置等需要高精度且低功耗之动态感测应用。 Kionix原本是专攻行动装置为主的小型加速度感测器,今后则将积极扩充工控装置产品线来满足市场需求。



图一 : 加速度感测器KX132-1211和KX134-1211,适用於工控装置和穿戴式装置等需要高精度且低功耗之动态感测应用。(source:ROHM)
图一 : 加速度感测器KX132-1211和KX134-1211,适用於工控装置和穿戴式装置等需要高精度且低功耗之动态感测应用。(source:ROHM)

这二款产品皆非常适合运用在工控装置之马达振动分析等机器健康监测的三轴加速度感测器。搭载独创的Advanced Data Path(以下简称ADP),可在加速度感测器端,先处理过去需在微控制器端才能进行的讯号处理和杂讯过滤,因此有助于减轻微控制器的负担,降低应用功耗并提高应用性能。



图二 : 可减轻微控制器负担的ADP(source:ROHM)
图二 : 可减轻微控制器负担的ADP(source:ROHM)

另外,针对工控装置,可进行感测频段高达8,500Hz、加速度高达+/-64g的高加速度振动检测,且工作温度范围也可提高至摄氏105度,感测器本身的消耗电流更是不到Kionix以往产品的一半(低功耗模式时仅0.67uA)。此外,也配备了Wake Up功能和Back to Sleep功能,有助于进一步降低功耗,并支援穿戴式装置等以电池驱动的感测装置。


产品特色

搭载独有的ADP(Advanced Data Path)功能,有助于减轻微控制器的负担

ADP是一种取代微控制器过滤功能的Kionix独创新功能。具体而言,是由内建于感测器的多个可客制化频率滤波器,组成具有高度灵活性的滤波器,进而消除不必要的杂讯,只筛选出所需的讯号。


另外,由于每个滤波器均可ON/OFF切换,因此能够弹性运用。以往在微控制器端进行的部份,包括感测器讯号FFT分析等在内的频率分析和杂讯过滤功能,将能够在加速度感测器端进行,因此可灵活地传输所需资料,减轻微控制器的负担,降低功耗并提高应用性能。



图三 : ADP滤波(source:ROHM)
图三 : ADP滤波(source:ROHM)

非常适合工控装置的机器健康监测(Machine Health Monitoring)

KX132-1211可检测的频段高达4,200Hz、加速度(g)范围宽达+/-2g~+/-16g,而进阶产品KX134-1211可检测的频段高达8,500Hz、加速度(g)范围宽达+/-8g~+/-64g。另外,与传统产品最高只有摄氏85度的工作温度相比,这二款产品在高达摄氏105度的环境下也可正常运作。产品系列不仅支援高温工作,而且支援的频率和加速度检测范围广,因此非常适用于工控装置的马达振动分析等机器健康监测运用。



图四 : 加速度感测器KX132-1211和KX134-1211机器健康监测性能比较表(source:ROHM)
图四 : 加速度感测器KX132-1211和KX134-1211机器健康监测性能比较表(source:ROHM)

同时达成元件和应用的低功耗

与Kionix传统产品相比,这二款产品的消耗电流不到一半(低功耗模式时仅0.67uA)。而且还新配备了加速度检测时从休眠模式自动启动的Wake Up功能,以及当一定期间内未进行加速度检测时,可让微控制器切换至节能模式的Back to Sleep功能,可进一步降低微控制器端的功耗。



图五 : 低功耗模式时的消耗电流比较(source:ROHM)
图五 : 低功耗模式时的消耗电流比较(source:ROHM)

不仅使加速度感测器的功耗更低,还可降低微控制器的静态功耗,提升整体应用的工作效率,有助于对应穿戴式装置和汽车智慧型钥匙等长时间以电池驱动的应用。


应用范例


?搭载马达的工控设备健全性、预测性维护及状态/振动监测


?结合GPS的物流追踪功能


?穿戴式设备


?汽车智慧型钥匙


注解


[1] FFT分析:Fast Fourier Transform的简称,也称为快速傅立叶变换,是将时域讯号转换为频域讯号进行分析的一种高效演算法。


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