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微机电系统(MEMS)在工业建筑、爆破等众多行业的振动监测设备中大宗使用。Instantel最近完成了大宗的测试 ，将目前的MEMS加速度计与古板的电磁线圈检波器进行了比较。
1 爆破会爆发高泼魅振动
振动校正误差
Vibration Rectification Error (VRE)
在MEMS制造历程中不可制止的非线性和差池称导致了一种现象 ，称为振动校正误差（VRE） ，如图1所示。VRE在MEMS加速度计的输出数据中爆发一个很是低的频率偏移（数据不再居中）。 当更高频率的均方根（RMS）包络的振幅增加时 ，偏移的幅度也增加。 当频率和振幅内容从一个位置和应用到另一个位置和应用时 ，VRE也会爆发变革 ，使其纷歧致和不可预测。 加速度数据中的偏移都会在最终的速度信号中爆发误差。关于正偏移 ，这个误差体现为渐增的斜率 ，关于负偏移 ，这个误差体现为渐减的斜率。 由于大大都振动标准划定的是速度 ，这个误差可能会对结果爆发巨大的影响。 这可以在图1中清楚地看到 ，其显示由MEMS加速度计和电磁检波器纪录的相同振动事件的结果。
图1 与电磁检波器纪录的相同振动事件相比 ，VRE对MEMS加速度计的速度结果有影响
测试结论
在恢复之前 ，MEMS加速度计在各通道上都报告了振幅和无效数据。
电磁检波器纪录了信号数据 ，没有丧失数据。
高频和MEMS性能限制
在工业和建筑应用中的主要振动来源是重型设备 ，以及攻击性工具 ，好比电钻、打桩机、锄头和炸药。 这些振动可以是单个的 ，也可以是频率为几kHz的一系列脉冲。与电磁检波器相比 ，MEMS加速度计天然容易受到这些高频信号的影响 ，并且会用过失的数据对其响应。
500Hz以上的频率凌驾了大大都振动标准的限制 ，应该忽略 ，以避免它们对最终振动结果爆发影响。电磁检波器和标准滤波器设计可以轻松去除500+ Hz的信号。然而关于MEMS加速度计 ，高于监测频率的振动可能会引入滋扰和丈量误差。其原因主要是由加速度转换为速度幅值（积分） ，自谐振频率和不恰当的滤波器滚降 ，进而衰减了高频组分。有些误差是MEMS加速度计内部结构固有的 ，因此是不可制止的。
这些高频的振动会导致MEMS加速度计凌驾其事情限。当这种情况爆发时 ，它总是爆发不可靠的数据。一旦振动回到MEMS加速度计的事情规模内 ，由于监测标准划定的滤波器特性 ，速度输出需要几秒钟才华稳定并恢复（见图2a）。
不幸的是 ，在此期间所有MEMS数据都是无效的。由于来自电钻、打桩、液压锤、爆破等类似振动源的振动往往小于1 ~ 2秒 ，其振动数据的大部分可能报禁绝确或漏报。为了在实验室中模拟如此高的频率 ，我们将一个MEMS加速度计和一个电磁检波器连接到一个预制混凝土模型上 ，并使用一个牢固的锤击夹具 ，以爆发一个频率可与基岩上的工业手提钻或液压锤相媲美的信号。图2a显示了凌驾MEMS振幅规模的事件数据。MEMS加速度计需要4秒才华恢复。 在这4秒期间 ，数据被纪录了下来 ，可是是无效的。实际上相当于丧失了4秒的事件数据。图2b显示了电磁检波器纪录的相同的事件数据 ，其准确地纪录了整个事件时间段的事件数据。
测试结论
基于MEMS的系统在恢复阶段没有准确纪录振动波形和畸变数据。
电磁检波器在整个视察窗口内准确纪录了振动波形 ，没有丧失数据。
混叠
混叠是一种可能导致差别信号变得无法区分的现象。当不需要的高频信号扭曲了感兴趣的频率 ，滋扰了收罗数据时 ，就会爆发混叠�；斓绕浠岜⒃诟咂敌藕挪裳什环蟾呤�。在MEMS加速度计和电磁检波器中都可能会爆发混叠 ，然而关于相同的地面运动 ，电磁线圈固有地在高频下爆发比MEMS更低的振幅。 这使得MEMS加速度计更容易受到高频失真的影响 ，监测设备的设计需要考虑到这一点。MEMS加速度计需要以更高的采样率进行采样 ，以获得与电磁检波器相同的数据完整性。
噪声和噪声基底
噪声基底是监测振动信号的一个重要因素。它可以被描述为实际信号与无信号难以区分的值。MEMS加速度计的一个缺点是 ，由于质量小 ，它们天生更容易受到内部爆发的噪声的影响。另一个因素是MEMS加速度计是集成电子的有源元件 ，而电磁检波器是无源元件。在实验室里 ，我们丈量了一个MEMS的低频身分 ，它在时域“漂移”。视察标准差并求其均方根（RMS）水平 ，标明噪声信号凌驾振动阈值的概率高得令人无法接受。这意味着当需要低触发水平时 ，由MEMS加速度计的固有设计爆发的噪声（它不是事件的真实组成部分）可以随机爆发误触发。电磁检波器的设计大大降低了噪声基底爆发误触发的可能性。
执行标准
振动监测设备验证切合规则标准和振动限制。这些限制�；ち巳嗽薄⒔ㄖ妥什�。准确纪录和报告数据对承包商和业主来说都是重要的 ，以确保经得起执法审查。
在大大都项目中 ，业主、设计师、市政部分等将指定要监测的频率规模 ，振动限制不得凌驾。他们还将划定丈量设备必须满足的具体标准。其中两个与设备性能相关的标准是国际炸药工程师学会的爆破地动仪性能规范（ISEE-2017）和德国标准化学会（DIN 45669）。宣布切合这些标准意味着该标准的所有方面 ，包括振幅规模、频率规模、允许的大内部噪声、线性度、相位响应和校准要求都获得满足。
例如 ，ISEE性能规范要求振幅规模抵达254mm/s ，频率响应为2至250Hz。为了满足ISEE的性能要求 ，这需要MEMS加速度计能够可靠地丈量高达40.7g的加速度。仅仅使用2、4或8g MEMS加速度计的振动监测仪基础无法满足ISEE的性能规范。
结论
我们的测试和剖析标明 ，MEMS加速度计会爆发与所纪录振动的频率和振幅内容直接相关的过失数据。
高频会影响MEMS加速度计所报告的振动水平的准确性。由于不可能预测项目将爆发的准确频率和振幅内容 ，因此这种不确定性会影响纪录数据的准确性和可靠性。我们在实验室视察到当使用MEMS加速度计时 ，高频是数据禁绝确的一个重要影响因素。
虽然MEMS加速度计的装置灵活性吸引了人们的注意 ，但在某些情况下 ，它们显然不如电磁线圈检波器可靠。我们认为 ，这些利益不会比纪录禁绝确或虚假数据的危害更重要 ，而这些危害可能导致�？睢⑾钅垦映倩蚬乇� ，或因不遵守振动标准或监管限制而引发诉讼。
声明
本文仅论述了Instantel通过研究剖析得出的看法 ，仅供参考 ，接待列位积极讨论。
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