Kionix三軸加速度傳感器的高級數據路徑功能簡介

2020-12-13 大眾生活報

1.前言

本應用指南旨在幫助開發者了解羅姆集團旗下Kionix公司的KX13x系列三軸加速度傳感器搭載的獨有功能——高級數據路徑(Advanced Data Path,ADP)。ADP由用戶可定製的頻率濾波器和一個均方根(RMS)計算器組成,後者是提供所需帶寬內的加速度振幅。X、Y和Z軸的16位ADP輸出可以從專用輸出寄存器中讀取,存儲在512位元組的FIFO緩存中,然後被路由至Wake-Up(喚醒)和Back-to-Sleep(返回睡眠)引擎。通過設置想要的閾值振幅和計數器值,可以針對特定的動作、旋轉或振動產生中斷。本文將通過介紹兩個簡單的示例來直觀地展示該新功能的優勢。

 

高級數據路徑(ADP)原理示意

現實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範圍內的加速度振幅(右側列舉了各種情況示例)。

2.數據流

圖2所示的是一張普通數據流圖。該圖頂部的第一個方塊是數字加速度計的傳統數據路徑(Conventional Data Path,CDP)。CDP包含來自MEMS的模擬輸入、一個負責放大信號的模擬前端(AFE)、一個負責信號數位化的模數轉換器(ADC)以及一個負責進一步處理的數位訊號處理(DSP)單元。高級數據路徑(ADP)包含一對高度可配置的數字濾波器——可用於低通和高通的組合濾波器,以及計算實時振幅的均方根(RMS)計算器。用戶可以靈活地對ADP濾波器進行訪問並設置。該濾波器可以設為Butterworth、Bessel、Chebyshev濾波器,甚至配置成自定義濾波器。ADP的輸出可以存儲在專用輸出寄存器,也可以被路由至內置的512位元組FIFO緩存,也可以兩種方式同時實現。此外,ADP輸出可以作為一個輸入路由到內置的動作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數器,從而進一步限定信號。如果滿足輸入信號判定標準,那麼器件中的中斷發生器將為主機產生一個物理中斷,並設置相應的狀態寄存器。圖2所示的是當檢測到「持續了Th時間的特定振動」時產生中斷的示例情況。

 

ADP數據流

3.應用實例

3.1.機器健康狀況

假設fop為機械系統(比如旋轉電機)的工作頻率,fe為系統的錯誤/故障模式頻率(圖3)。在此例中,fe低於fop並且在該圖中顯示,也就是說,由於機身鬆動,電機正在緩慢振動。對於傳統加速度傳感器,為了檢測這種故障模式,人們需要用MCU/DSP進行頻率分析。而MCU/DSP一直保持工作狀態,會導致額外的內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到這種事件,而且,如果把ADP數字濾波器設置為帶通或低通濾波器,讓fe通過而消除fop,還能為主機MCU產生中斷。

 

正常系統動作和故障系統動作的頻率分析

在圖4中,請注意,ADP被配置為低通濾波器以消除fop,而且RMS計算引擎被配置為獲取所需故障模式信號的絕對值。動作引擎中的信號閾值(中間波形)用於限定事件。最後,圖下部的波形顯示了由運動引擎生成的真實信號。檢測到故障事件後,INS3寄存器中的WUFS位會被置位,而外部中斷引腳(如果已配置)則產生中斷信號。

 

ADP將目標信號從原始加速度數據中分離出來,並將振幅信息傳遞給運動引擎

3.2.包絡分析

包絡分析是一種周期性振動故障檢測的有效方法,比如減摩軸承失效。ADP可用於生成加速度數據的包絡線(* 1)。包絡波形的快速傅立葉變換(FFT)可以顯示振動周期,這有助於識別系統中的缺陷部件。在該例中,ADP濾波器應配置為「帶通」:同時包含振動頻率和誤差頻率,排除直流噪聲和高頻噪聲。

(*1)注:ADP輸出是偽包絡,不是希爾伯特變換結果。

 

軸承球體故障引起的周期性振動

包絡波形可以存儲在KX13x的512位元組緩衝區中,也可發送到主機處理器進行FFT分析。

 

使用原始加速度數據及其包絡的FFT

有關KX13x ADP的更多詳細信息和用法,請聯繫羅姆的銷售代表。

4.其他資源

KX13x系列頁面

https://www.kionix.com/product/KX132-1211

https://www.kionix.com/product/KX134-1211

編輯：PL

相關焦點

  • 3軸陀螺儀傳感器和3軸加速度傳感器的工作原理
    打開APP 3軸陀螺儀傳感器和3軸加速度傳感器的工作原理 發表於 2018-03-19 10:11:00 首先，提取出它們的數據並將這些數據整合成精確可靠的指向和跟蹤信息是一種比大多數人想像的更具挑戰性的算法操作，經常需要耗費大量人力時間。其次，在硬體和應用工程師之間有一個普遍（但錯誤）的假設，即大多數傳感器提供相似的性能水平，因此通常來自傳感器的數據不能滿足他們的應用需求。 一般集成進消費產品的運動檢測傳感器包括3軸陀螺儀、3軸加速度計和3軸地磁傳感器。
  • 無線加速度傳感器,加速度傳感器分類介紹
    無線加速度傳感器：加速度傳感器的7大應用場景三軸加速度傳感器的應用1、車身安全、控制及導航系統中的應用加速度傳感器已被廣泛應用於汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統和導航，典型的應用如汽車安全氣囊(Airbag
  • 老人們的保護傘,基於Arduino和三軸加速度傳感器設計「帥到報警...
    本文中21IC網就給大家介紹一款基於Arduino和三軸加速度傳感器設計的跌倒檢測報警系統的設計原理。如果你有這種成熟方案，也可以上傳到方案超市，有需求的僱主可以通過方案超市平臺的對接，和你協商合作。目前，研究開發人體跌倒檢測系統方面的技術有很多種，最常見的是圖像分析和加速度分析法。
  • MMA7260Q三軸向高靈敏度加速度傳感器
    在特殊的保健監控應用中，壓力傳感器為病人提供重要診斷。在蜂窩電話中，MEMS產品能使自然的手部運動（而不是推動按鈕的方法）用作激活各種功能。  　　飛思卡爾開發的基於微機電系統（MEMS）的三軸向低重力加速計MMA7260Q，專門面向可攜式消費者電子產品。MMA7260Q的可選靈敏度允許在1.5g、2g、4g和6g的不同範圍內進行設計。
  • ROHM開發出內置步行檢測及計步功能的加速度傳感器「KX126」 有助...
    ,(總部位於美國紐約州伊薩卡)開發出非常適用於智慧型手機和可穿戴式設備的計步器功能的3軸加速度傳感器「KX126」。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/361189.htm　　本產品在傳感器中內置了步行檢測及計步算法，無需再為了計步器功能而單獨設計電路，有助於減輕客戶的設計負擔。
  • 基於MEMS六軸傳感器的可穿戴運動監測系統設計
    對於可穿戴設備的研究核心在於可穿戴傳感器的研究。可穿戴設備的功能日趨強大與其內部使用的可穿戴傳感器數量的增加和性能提高息息相關。本文基於MEMS 六軸傳感器技術，目的在於設計出一套可以用於運動軌跡檢測的可穿戴設備。
  • 熱對流式加速度傳感器原理及應用
    在加速度傳感器內部有兩條完全相同的加速度信號傳輸路徑：一條是用於測量x 軸上所感應的加速度，另一條則用於測量y軸上所感應的加速度(見圖2 )。 二軸還是三軸？ 加速度傳感器在消費類電子產品中的應用十分廣泛。那麼，是否必須選用三軸加速度計傳感器呢？這裡不妨以加速度傳感器在手持設備（手機，pda，mp3）中的應用為例加以分析。 加速度傳感器在手持設備中的應用： 方向控制類遊戲 絕大多數手持設備中的遊戲只需實現左/右，前/後方向（或加/減速）控制。
  • 細數加速度傳感器的7大應用場景
    加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀改進過來的。另一種就是線加速度傳感器。它也可以按測量軸分為單軸、雙軸和三軸加速度傳感器。　　三軸加速度傳感器的應用　　1、車身安全、控制及導航系統中的應用　　加速度傳感器已被廣泛應用於汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統和導航，典型的應用如汽車安全氣囊(Airbag)、ABS防抱死剎車系統、電子穩定程序(ESP)、電控懸掛系統等。
  • 加速度傳感器的技術指標與應用,壓電式加速度傳感器的原理與結構
    它也可以按測量軸分為單軸、雙軸和三軸加速度傳感器。現在，加速度傳感器廣泛應用於遊戲控制、手柄振動和搖晃、汽車制動啟動檢測、地震檢測、工程測振、地質勘探、振動測試與分析以及安全保衛振動偵察等多種領域。下面就舉例幾個例子，更好的認識加速度傳感器。遊戲控制加速度傳感器可以檢測上下左右的傾角的變化，因此通過前後傾斜手持設備來實現對遊戲中物體的前後左右的方向控制，就變得很簡單。
  • 基於MEMS技術的加速度傳感器分析與應用
    此外，三軸加速度傳感器也可用來設計硬碟放跌落裝置，保護數據的安全；可攜式設備的UI操控也可以通過它來實現更人性化的功能。 MEMS元件與晶片中的CMOS相同，利用半導體晶圓廠來生產製造。但不同之處是，MEMS元件不僅僅是電子產品，還結合了許多機械結構，如連矽質彈簧（Spring）、電極（Electrode）、薄板（Membrane）和懸臂梁（Cantilever）等可移動的機構。
  • 正點原子-戰艦V3第三十七章 MPU6050 六軸傳感器實驗
    本章，我們介紹當下最流行的一款六軸（三軸加速度+三軸角速度(陀螺儀)）傳感器：MPU6050，該傳感器廣泛用於四軸、平衡車和空中滑鼠等設計，具有非常廣泛的應用範圍。注意加速度傳感器的 3 個軸，全由 1 個位（ACCEL_FIFO_EN）控制，只要該位置 1，則加速度傳感器的三個通道都開啟 FIFO 了。
  • 搭載全球首款集成三軸加速度計的單晶片傳感器
    打開APP 搭載全球首款集成三軸加速度計的單晶片傳感器 發表於 2019-05-06 10:59:47 傳感器的融合是未來發展必然的趨勢，目前很多傳感器已經實現融合，比如三軸加速度計、陀螺儀、磁力計等這些，但是本文要介紹的是全球首款融合了三軸加速度計和溫度計的單晶片傳感器方案，意法半導體公司推出的LIS2DTW12。
  • 加速度傳感器的動作測量原理與基本構成
    加速度傳感器元件的基本構成包括主體、彈簧和慣性質體。當傳感器主體的速度發生變化時，會產生隨著速度變化而變化的力，該力將通過彈簧被施加於慣性質體上。具體來說，首先該力使彈簧發生彎曲，然後元件主體與慣性質體的距離會與加速度成比例地發生變化。 傳感器的工作原理會根據主體與慣性質體相對移動的檢測方式的不同而有所差異。
  • 加速度傳感器工作原理及分類
    與壓阻和電容式相比，其最大的缺點是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。　　2、壓阻式加速度傳感器　　壓阻式加速度傳感器是最早開發的矽微加速度傳感器（基於MEMS矽微加工技術），壓阻式加速度傳感器的彈性元件一般採用矽梁外加質量塊，質量塊由懸臂梁支撐，並在懸臂梁上製作電阻，連接成測量電橋。
  • 手機中的傳感器:重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和...
    智慧型手機之所以受到大家的歡迎，與其具有的娛樂功能分不開，使得它不僅僅是個通話的工具。智慧型手機支持那麼多的娛樂應用，歸根結底在於它裡面集成的各類傳感器，主要有重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和光線距離感應器等等。下面帶大家了解一下他們各自的用處。
  • 手機加速度傳感器成「竊聽器」
    該研究團隊在會上發表論文稱，他們發現了一個新攻擊路徑——當前智慧型手機App可在用戶不知情、無需系統授權的情況下，利用手機內置加速度傳感器採集手機揚聲器所發出聲音的震動信號，實現對用戶語音的竊聽。3月11日，任奎在一場線上論壇接受記者採訪時表示，這一攻擊路徑不僅隱蔽而且「合法」。也就是說，用戶很可能在毫無感知的情況下洩露隱私，而攻擊者並不違法。
  • ...旗下Kionix(奇思)公司開發出32g加速度傳感器,消費電子中g值最高
    ROHM(羅姆)集團旗下的美國Kionix(奇思)公司近日在京召開新聞發布會，宣布開發出特別適合工業和體育健身設備的衝擊和加速度檢測應用，支持高g值檢測範圍的小型加速度傳感器
  • 基於ARM和加速度傳感器的電子畫筆設計
    摘 要：介紹了當前不同類型的電子筆，比較了它們之間的優缺點並應用微控制器ADuC7022、三軸低量級加速度傳感器MA7260Q和無線USB接口晶片CYRF6934實現了基於空間加速度計算的無線電子畫筆的設計。
  • 加速度傳感器是什麼_常用加速度傳感器有哪幾種分類
    ，這樣測量就比較容易方便，而測量出來的數據也會比較精確的。對加速度傳感器進行一次積分，就變成了單位時間裡的速度變化量，從而測出在死區內物體的移動。 　　計步器功能加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動，人在走動的時候會產生一定規律性的振動，而加速度傳感器可以檢測振動的過零點，從而計算出人所走的步或跑步所走的步數，從而計算出人所移動的位移。並且利用一定的公式可以計算出卡路裡的消耗。
  • 一文深度了解加速度傳感器的應用場景
    3軸加速度傳感器為傳統消費及手持電子設備實現了革命性的創新空間。其可被安裝在遊戲機手柄上，作為用戶動作採集器來感知其手臂前後、左右，和上下等的移動動作，並在遊戲中轉化為虛擬的場景動作如揮拳、揮球拍、跳躍、甩魚竿等，把過去單純的手指運動變成真正的肢體和身體的運動,實現比以往按鍵操作所不能實現的臨場遊戲感和參與感。