圖2.CM振動(dòng)模式示例

系統(tǒng)要求

測(cè)量范圍、頻率范圍（帶寬）和分辨率是用來(lái)量化振動(dòng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)能力的三個(gè)常見(jiàn)特性。圖2通過(guò)虛線矩形框顯示了這些特性，其邊界分別對(duì)應(yīng)最低頻率（fMIN）、最高頻率（fMAX）、最小幅度（AMIN）和最大幅度（AMAX）。當(dāng)考慮將MEMS加速度計(jì)用作振動(dòng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)中的核心傳感器時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)師很可能想在設(shè)計(jì)早期分析其頻率響應(yīng)、測(cè)量范圍和噪聲行為。有一些簡(jiǎn)單的技術(shù)可用來(lái)評(píng)估加速度計(jì)的各種特性，進(jìn)而預(yù)判其是否滿足指定的一組要求。很顯然，系統(tǒng)架構(gòu)師最終必須通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證和鑒定來(lái)核驗(yàn)上述估計(jì)，但由對(duì)加速度計(jì)能力的早期分析和預(yù)測(cè)所得來(lái)的期望對(duì)這些工作是有價(jià)值的。

頻率響應(yīng)

圖2提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的一階模型，其描述了時(shí)域中MEMS加速度計(jì)對(duì)線性加速度（a）的響應(yīng)（y）。在該關(guān)系中，偏置（b）表示傳感器無(wú)振動(dòng)時(shí)的輸出值。比例因子（KA）表示MEMS加速度計(jì)響應(yīng)（y）相對(duì)于線性加速度（a）變化的改變量。

傳感器的頻率響應(yīng)描述比例因子（KA）相對(duì)于頻率的值。在MEMS加速度計(jì)中，頻率響應(yīng)主要有兩個(gè)貢獻(xiàn)因素：（1） 其機(jī)械結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；（2） 其信號(hào)鏈中的濾波響應(yīng)。等式3提供了一個(gè)通用二階模型，其近似描述了MEMS加速度計(jì)機(jī)械部分對(duì)頻率的響應(yīng)。在該模型中，fO表示諧振頻率，Q表示品質(zhì)因數(shù)。

信號(hào)鏈的貢獻(xiàn)常常取決于應(yīng)用所需的濾波。某些MEMS加速度計(jì)使用單極點(diǎn)低通濾波器來(lái)幫助降低諧振頻率時(shí)的響應(yīng)增益。等式4為此類濾波器相關(guān)的頻率響應(yīng)（HSC）提供了一個(gè)通用模型。在該類濾波器模型中，截止頻率（fC）表示輸出信號(hào)幅度比輸入信號(hào)低√2倍時(shí)的頻率。

等式5將機(jī)械結(jié)構(gòu)（HM）和信號(hào)鏈（HSC）的貢獻(xiàn)進(jìn)行了合并。

圖3直接應(yīng)用此模型來(lái)預(yù)測(cè)ADXL356（x軸）的頻率響應(yīng)。此模型假設(shè)標(biāo)稱諧振頻率為5500 Hz，Q為17，使用截止頻為1500 Hz的單極點(diǎn)低通濾波器。注意，等式5和等式4僅描述了傳感器的響應(yīng)。此模型未考慮加速度計(jì)與其監(jiān)控的平臺(tái)的耦合方式。