CN105333948B - 高精度振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度振动传感器，包括振动传感电路板，所述振动传感电路板设有由16位单片机存储器芯片以及多个电容器、电阻构成的振动传感电路，多个电容器和电阻分别与16位单片机存储器芯片电性连接，16位单片机存储器芯片设有电源线和串行总线。该传感器支持3轴方向的振动状态检测，支持±8g的振动加速度，振动检测误差可以达到0.02g。传感器采样数据简单，与单片机配合便可以很简便的完成对被测器件的受力状态和振动幅度检测。其次，此款传感器可以精确测试振动物体的振动力度和振动幅度，只要设置合理的阈值，就可以准确的避开振动噪音过大频点和器件疲劳应力点，不仅减小了振动噪音，还可以延长器件的使用寿命。

Description

高精度振动传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种主要与家电产品配套使用的高精度振动传感器。

背景技术

全球经济经过几十年的高速发展，带动了家电行业的急速变化，随着智能家电的出现，家电行业更是进入了一个新的阶段。但是迄今为止影响家电使用的最根本的问题还没有彻底的优化或解决，这就是家电使用中的振动噪音问题，如变频空调外机的振动噪音，家用冰箱的运行噪音等。

为了优化家电在使用中的舒适感，减少振动噪音对用户的影响，家电行业普遍的做法是，通过优化家电内部的机械结构和大量使用消音棉来减小振动噪音的影响，或者通过大量实验收集家电的运行状态，通过软件去控制家电运行的频率区间，避开部分振动点，达到减少运行噪音的效果。其中，虽然采用优化内部机械结构或大量使用消音棉确实可以部分达到降噪的目的，但是其成本会大量上升，而且随着家电使用一段时间后，其振动噪音频率点必然会发生漂移，这种降噪措施的作用很快会大打折扣。通过软件去避开部分频率点也会出现同样的问题，因为当新的振动频率点出现时，此种降噪措施也会失去原有的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、合理，低成本、可以实时监测振动点的振动状况，通过内部运算准确避开振动中振动噪音最大和振动强度最大的频率点，达到降噪的目的高精度振动传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种高精度振动传感器，包括振动传感电路板，其特征是，所述振动传感电路板设有由16位单片机存储器芯片以及多个电容器、电阻构成的振动传感电路，多个电容器和电阻分别与16位单片机存储器芯片电性连接，16位单片机存储器芯片设有电源线和串行总线。此款振动传感电路板的核心为16位单片机存储器芯片，结合其它电子元件，使其支持3轴方向的振动状态检测，支持±8g的振动加速度，振动检测误差可以达到0.02g。传感器采样数据简单，与单片机配合便可以很简便的完成对被测器件的受力状态和振动幅度检测。其次，此款传感器可以精确测试振动物体的振动力度和振动幅度，只要设置合理的阈值，就可以准确的避开振动噪音过大频点和器件疲劳应力点，不仅减小了振动噪音，还可以延长器件的使用寿命。

本发明的目的还可以采用以下技术措施解决：

作为更具体的一方案，所述16位单片机存储器芯片为QFN16型号的单片机，该单片机是传感器的核心，其体积是3*3*1mm的数字高精度芯片，因此整个产品体积可以小到10*10*6mm，可以很方便的安装在被测器件上，实现三轴方向检测。

所述QFN16型号的单片机设有VDDIO引脚、BYP引脚、第一Reserved引脚、SCL/SCLK引脚、第一GND引脚、SDA引脚、SA0引脚、第一N/C引脚、INT2引脚、SA1引脚、INT1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚、VDD引脚、第二N/C引脚和RST引脚；所述VDDIO引脚和VDD引脚构成所述电源线，VDDIO引脚和VDD引脚连接，所述SCL/SCLK引脚和SDA引脚构成所述串行总线；所述第一Reserved引脚、第一GND引脚、SA0引脚、SA1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚和RST引脚接地。

所述电容器设有四个，分别为第一电容器、第二电容器、第三电容器和第四电容器；所述电阻设有四个，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述VDDIO引脚和BYP引脚分别通过第二电容器和第三电容器接地，VDD引脚引脚通过并联设置的第一电容器和第四电容器接地；所述VDDIO引脚分别通过第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻与SCL/SCLK引脚、SDA引脚、INT1引脚和INT2引脚连接。

作为更佳的方案，所述振动传感电路板外部设有外壳组件，电源线和串行总线引出外壳组件外，外壳组件表面设有固定连接位。振动传感电路板通过外部加设外壳组件后，可以轻易地与电器结合。

所述高精度振动传感器为带有压缩机的电器设备用振动传感器，所述固定连接位为管卡，管卡呈带开口的圆弧槽状。所述电器设备用振动传感器（PCBA），其体积仅有10*10*3mm。

所述外壳组件包括底壳、顶盖和软套，底壳设有顶部敞开的内腔，振动传感电路板设置在内腔内，顶盖与底壳顶部连接、并将振动传感电路板封装在内腔内；所述底壳与顶盖之间设有穿线孔，软套设置在穿线孔中，振动传感电路板的电源线和串行总线设置在导线套内、并穿出软套外侧。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明的高精度振动传感器内部主要芯片采用3轴方向高精度振动检测芯片，并结合高可靠性数字电路控制，可以检测器件立体空间任意方向振动状态，检测精度极高，细微的0.02g的轻微振动都可以被检测到，最大振动过载可达±8g，因此可以检测家电的任何工作状态下的振动状态。

（2）本发明的传感器为加速度传感器，采样原始数据为器件空间振动的实时加速度数据，根据物理学公式 F=ma 可知，加速度与器件振动时的受力状况密切相关，通过对加速度的变化的监测，采样实时数据直接传递给控制单片机，可以很精确的判断器件振动时的受力状况，设定原始阈值，从而可以避开器件的疲劳应力点，延长了器件的可靠性，同时器件振动受力过大点，一般其振动噪音同样很大，避开此频率点后，该频率点的振动噪音可以精确的避开。

（3）本发明的高精度传感器同时可以检测振动器件的振动幅度，通过对采样加速度原始值进行快速傅里叶变换，再对各次分量进行二次积分，便可以得到振动器件的振动幅值。振动噪音过大频率点其振幅值也会相应比较高，因此同时监测器件的振幅值便可以避开振幅过大频率点的噪音。

（4）由于核心芯片（QFN16型号的单片机）体积仅有3*3*1mm，因此本发明的传感器体积比较小。

（5）本发明设计的高精度传感器在家电中使用后，首先可以明显改善由于家电内部振动所带来的较大噪音，使家电始终运行在较小的噪音频率点，明显的改善了使用的舒适性。其次，由于此传感器可以实时监测被测设备在振动中的受力状况，明显改善设备的疲劳应力运行，因此很大程度上避免了设备由于疲劳应力损坏，延长了设备的寿命，减少了维护成本。再次，由于此传感器成本相对比较便宜，可靠性高，因此可以为厂家节约一部分成本。

（6）目前市场上的振动传感器由于采样数据量过大，运算过程非常复杂，因此必须与PC机配合才能完成对振动器件的振动状态的运算，无法小型化，因此本发明完成的高精度的振动传感器还没有其他方案可以完成替代。

附图说明

图1为本发明一实施例分解结构图。

图2为本发明振动传感电路板的电路原理图。

图3为本发明立体结构示意图。

图4为本发明底壳俯视结构示意图。

图5为本发明俯视结构示意图。

图6为图5的A-A剖视结构示意图。

图7为图5的B-B剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

参见图1至图7所示，一种高精度振动传感器，包括振动传感电路板3，所述振动传感电路板3设有由16位单片机存储器芯片以及多个电容器、电阻构成的振动传感电路，多个电容器和电阻分别与16位单片机存储器芯片电性连接，16位单片机存储器芯片设有电源线和串行总线。

所述16位单片机存储器芯片为QFN16型号的单片机。所述QFN16型号的单片机设有VDDIO引脚、BYP引脚、第一Reserved引脚、SCL/SCLK引脚、第一GND引脚、SDA引脚、SA0引脚、第一N/C引脚、INT2引脚、SA1引脚、INT1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚、VDD引脚、第二N/C引脚和RST引脚；所述VDDIO引脚和VDD引脚构成所述电源线，VDDIO引脚和VDD引脚连接，所述SCL/SCLK引脚和SDA引脚构成所述串行总线；所述第一Reserved引脚、第一GND引脚、SA0引脚、SA1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚和RST引脚接地。所述电容器设有四个，分别为第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3和第四电容器C4；所述电阻设有四个，分别为第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述VDDIO引脚和BYP引脚分别通过第二电容器C2和第三电容器C3接地，VDD引脚引脚通过并联设置的第一电容器C1和第四电容器C4接地；所述VDDIO引脚分别通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4与SCL/SCLK引脚、SDA引脚、INT1引脚和INT2引脚连接。

所述振动传感电路板3外部设有外壳组件，电源线和串行总线引出外壳组件外，外壳组件表面设有固定连接位。

所述高精度振动传感器为带有压缩机的电器设备用振动传感器，所述固定连接位为管卡47，管卡47呈带开口的圆弧槽状；所述管卡47内径可以根据其与什么管件配合而设计成不同尺寸大小。

所述外壳组件包括底壳4、顶盖1和软套2，底壳4设有顶部敞开的内腔41，振动传感电路板3设置在内腔41内，顶盖1与底壳4顶部连接、并将振动传感电路板3封装在内腔41内；所述底壳4与顶盖1之间设有穿线孔46，软套2设置在穿线孔46中，振动传感电路板3的电源线和串行总线设置在导线套31内、并穿出软套2外侧。

所述底壳4的内腔41壁面设有扣位43，顶盖1底部设有倒钩11与扣位43扣接配合。

所述底壳4的内腔41壁面还设有支撑凸筋42，振动传感电路板3承放在支撑凸筋42上。

所述穿线孔46设置在底壳4侧面上，所述底壳4的内腔41对应穿线孔46内侧旁设有隔板45，隔板45与穿线孔46之间形成卡槽44；所述软套2对应导线套31设有中心孔，软套2一端依次设有支承块21和卡板22，支承块21承接在穿线孔46上，卡板22插接在卡槽44中。

Claims (6)

1.一种高精度振动传感器，包括振动传感电路板（3），其特征是，所述振动传感电路板（3）设有由16位单片机存储器芯片以及多个电容器、电阻构成的振动传感电路，多个电容器和电阻分别与16位单片机存储器芯片电性连接，16位单片机存储器芯片设有电源线和串行总线；

所述16位单片机存储器芯片为QFN16型号的单片机；

所述QFN16型号的单片机设有VDDIO引脚、BYP引脚、第一Reserved引脚、SCL/SCLK引脚、第一GND引脚、SDA引脚、SA0引脚、第一N/C引脚、INT2引脚、SA1引脚、INT1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚、VDD引脚、第二N/C引脚和RST引脚；

所述VDDIO引脚和VDD引脚构成所述电源线，VDDIO引脚和VDD引脚连接，所述SCL/SCLK引脚和SDA引脚构成所述串行总线；

所述第一Reserved引脚、第一GND引脚、SA0引脚、SA1引脚、第二GND引脚、第二Reserved引脚和RST引脚接地；

所述电容器设有四个，分别为第一电容器、第二电容器、第三电容器和第四电容器；所述电阻设有四个，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述VDDIO引脚和BYP引脚分别通过第二电容器和第三电容器接地，VDD引脚引脚通过并联设置的第一电容器和第四电容器接地；

所述VDDIO引脚分别通过第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻与SCL/SCLK引脚、SDA引脚、INT1引脚和INT2引脚连接；

所述振动传感电路板（3）外部设有外壳组件，电源线和串行总线引出外壳组件外，外壳组件表面设有固定连接位。

2.根据权利要求1所述高精度振动传感器，其特征是，所述高精度振动传感器为带有压缩机的电器设备用振动传感器，所述固定连接位为管卡（47），管卡（47）呈带开口的圆弧槽状。

3.根据权利要求1所述高精度振动传感器，其特征是，所述外壳组件包括底壳（4）、顶盖（1）和软套（2），底壳（4）设有顶部敞开的内腔（41），振动传感电路板（3）设置在内腔（41）内，顶盖（1）与底壳（4）顶部连接、并将振动传感电路板（3）封装在内腔（41）内；所述底壳（4）与顶盖（1）之间设有穿线孔（46），软套（2）设置在穿线孔（46）中，振动传感电路板（3）的电源线和串行总线设置在导线套（31）内、并穿出软套（2）外侧。

4.根据权利要求3所述高精度振动传感器，其特征是，所述底壳（4）的内腔（41）壁面设有扣位（43），顶盖（1）底部设有倒钩（11）与扣位（43）扣接配合。

5.根据权利要求3所述高精度振动传感器，其特征是，所述底壳（4）的内腔（41）壁面还设有支撑凸筋（42），振动传感电路板（3）承放在支撑凸筋（42）上。

6.根据权利要求3所述高精度振动传感器，其特征是，所述穿线孔（46）设置在底壳（4）侧面上，所述底壳（4）的内腔（41）对应穿线孔（46）内侧旁设有隔板（45），隔板（45）与穿线孔（46）之间形成卡槽（44）；所述软套（2）对应导线套（31）设有中心孔，软套（2）一端依次设有支承块（21）和卡板（22），支承块（21）承接在穿线孔（46）上，卡板（22）插接在卡槽（44）中。