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內建雜訊過濾功能加速度感測器
適用於工控及穿戴式裝置進行之動態感測

【作者: ROHM】   2019年12月06日 星期五

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近年來,許多工廠都在努力節省人力並提高生產效率,因此希望在工控裝置出現故障之前,就能夠檢測出異常的預測性維護觀念越來越普及。同時,機器健康監測(Machine Health Monitoring)也越來越受到關注,運用於狀態檢測的感測器元件之重要性更是逐年增加。


半導體製造商ROHM集團旗下的Kionix, Inc.,開發出二款加速度感測器「KX132-1211」和「KX134-1211」,適用於工控裝置和穿戴式裝置等需要高精度且低功耗之動態感測應用。Kionix原本是專攻行動裝置為主的小型加速度感測器,今後則將積極擴充工控裝置產品線來滿足市場需求。



圖一 : 加速度感測器KX132-1211和KX134-1211,適用於工控裝置和穿戴式裝置等需要高精度且低功耗之動態感測應用。(source:ROHM)
圖一 : 加速度感測器KX132-1211和KX134-1211,適用於工控裝置和穿戴式裝置等需要高精度且低功耗之動態感測應用。(source:ROHM)

這二款產品皆非常適合運用在工控裝置之馬達振動分析等機器健康監測的三軸加速度感測器。搭載獨創的Advanced Data Path(以下簡稱ADP),可在加速度感測器端,先處理過去需在微控制器端才能進行的訊號處理和雜訊過濾,因此有助於減輕微控制器的負擔,降低應用功耗並提高應用性能。



圖二 : 可減輕微控制器負擔的ADP(source:ROHM)
圖二 : 可減輕微控制器負擔的ADP(source:ROHM)

另外,針對工控裝置,可進行感測頻段高達8,500Hz、加速度高達+/-64g的高加速度振動檢測,且工作溫度範圍也可提高至攝氏105度,感測器本身的消耗電流更是不到Kionix以往產品的一半(低功耗模式時僅0.67uA)。此外,也配備了Wake Up功能和Back to Sleep功能,有助於進一步降低功耗,並支援穿戴式裝置等以電池驅動的感測裝置。


產品特色

搭載獨有的ADP(Advanced Data Path)功能,有助於減輕微控制器的負擔

ADP是一種取代微控制器過濾功能的Kionix獨創新功能。具體而言,是由內建於感測器的多個可客製化頻率濾波器,組成具有高度靈活性的濾波器,進而消除不必要的雜訊,只篩選出所需的訊號。


另外,由於每個濾波器均可ON/OFF切換,因此能夠彈性運用。以往在微控制器端進行的部份,包括感測器訊號FFT分析等在內的頻率分析和雜訊過濾功能,將能夠在加速度感測器端進行,因此可靈活地傳輸所需資料,減輕微控制器的負擔,降低功耗並提高應用性能。



圖三 : ADP濾波(source:ROHM)
圖三 : ADP濾波(source:ROHM)

非常適合工控裝置的機器健康監測(Machine Health Monitoring)

KX132-1211可檢測的頻段高達4,200Hz、加速度(g)範圍寬達+/-2g~+/-16g,而進階產品KX134-1211可檢測的頻段高達8,500Hz、加速度(g)範圍寬達+/-8g~+/-64g。另外,與傳統產品最高只有攝氏85度的工作溫度相比,這二款產品在高達攝氏105度的環境下也可正常運作。產品系列不僅支援高溫工作,而且支援的頻率和加速度檢測範圍廣,因此非常適用於工控裝置的馬達振動分析等機器健康監測運用。



圖四 : 加速度感測器KX132-1211和KX134-1211機器健康監測性能比較表(source:ROHM)
圖四 : 加速度感測器KX132-1211和KX134-1211機器健康監測性能比較表(source:ROHM)

同時達成元件和應用的低功耗

與Kionix傳統產品相比,這二款產品的消耗電流不到一半(低功耗模式時僅0.67uA)。而且還新配備了加速度檢測時從休眠模式自動啟動的Wake Up功能,以及當一定期間內未進行加速度檢測時,可讓微控制器切換至節能模式的Back to Sleep功能,可進一步降低微控制器端的功耗。



圖五 : 低功耗模式時的消耗電流比較(source:ROHM)
圖五 : 低功耗模式時的消耗電流比較(source:ROHM)

不僅使加速度感測器的功耗更低,還可降低微控制器的靜態功耗,提升整體應用的工作效率,有助於對應穿戴式裝置和汽車智慧型鑰匙等長時間以電池驅動的應用。


應用範例


?搭載馬達的工控設備健全性、預測性維護及狀態/振動監測


?結合GPS的物流追蹤功能


?穿戴式設備


?汽車智慧型鑰匙


註解


[1] FFT分析:Fast Fourier Transform的簡稱,也稱為快速傅立葉變換,是將時域訊號轉換為頻域訊號進行分析的一種高效演算法。


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