一種基于加速度傳感器的高精度振動探測器技術研究

陳力

（中國船舶集團有限公司第七一三研究所，河南 鄭州450015）

1 引用標準

a.GJB5255－2005《后方軍械倉庫安全監(jiān)控系統(tǒng)技術要求》；b.GB-T10408.1-2000《入侵探測器通用要求》；c.GB-T10408.8-2008《振動入侵探測器》；d.GJB2268A-2002《后方軍械倉庫電氣防爆技術要求》；e.GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境設備通用要求》；f.GB/T4208-2017《外殼防護等級》

2 系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)概述

探測器采用工業(yè)級主流CortexM4ARM 處理器作為主控制器，實時采集監(jiān)測高精度三軸加速度傳感器的振動數據及當前環(huán)境溫度，當外殼被打開、報警線路被剪斷或加速度值超過設定的報警閾值時，通過無源報警信號進行報警，通過RS485 總線實時上傳報警時間、報警值傳輸給后端監(jiān)控主機。

2.2 系統(tǒng)原理

2.2.1 工作原理

探測器采用三軸加速度傳感器感應外部施加的加速度值，使用AD 轉換器將采集到的模擬信號轉換為數字信號，通過串口接收數據并利用寄存器的讀寫發(fā)出控制命令，探測器具備29個功能寄存器，和一個識別標記的只讀寄存器，可以選擇30 個寄存器中的任意一個進行讀寫操作。

2.2.2 采集原理

采樣電路使用逐次逼近型，類似于天平稱重，從重到輕依次增加砝碼，最后計算總重量，參考這種方法，我們將輸入的模擬信號與參考電壓進行比較，轉換數字量逐次逼近模擬信號量，采集到最終數值。

2.2.3 數據處理原理

把連續(xù)N 個采樣值進行算術平均值運算，作為本次濾波得到的有效值；這種方法的特點是：信號平滑度隨著N 值的大小呈現高低變化，同時與靈敏度成負相關，適合對干擾信號濾波，信號會在某一平均值周圍上下浮動。

軟件流程（如圖1）。

圖1 軟件流程圖

3 探測器結構

⑴底殼；⑵堵頭一；⑶線纜；⑷堵頭二；⑸主板；⑹密封圈；⑺上蓋。

圖2 產品結構圖

4 探測范圍

探測范圍很大程度上取決于所探測物體的材料屬性。

對鐵質材料（如：保險箱）的作用半徑：r=2m；對磚混結構材料（如：倉庫）的作用半徑：r=4m；如果存在同質連接，安裝在墻壁上的探測器的探測范圍也可能會延伸到天花板、地板或角落的部分區(qū)域。在這些情況下，作用半徑減至設置范圍的3/4。兩種材料的連接處往往會減弱結構噪聲的傳播。因此，必須在兩種材料連接處的周圍各安裝一個探測器。探測器適用于各種應用環(huán)境，用戶可根據實際應用環(huán)境和需求，調整探測器的靈敏度，使其對振動源的探測更加精準可靠。探測器靈敏度可調等級分為15 檔，其中g=9.80m/s2，具體見表1。

表1

5 報警方式

振動探測器通過RS485 總線方式接入報警主機，可通過主機設置報警分區(qū)。監(jiān)控對象受到沖擊脈沖寬度在0.2ms-5ms 之間或加速度大于等于1m/s2 的擊打時,產生報警輸出信號。探測器具有工作狀態(tài)下的自檢功能，當發(fā)生被拆除、移位、外殼被打開、短路、斷路時產生報警信號。探測器可適應不同場合范圍的變化要求，靈敏度和探測范圍可調。具有可靠性高、穩(wěn)定性好、安全性強、環(huán)境適用性廣等優(yōu)勢，可滿足軍隊、石油化工、銀行、文物保護、交通等領域的安全監(jiān)控防護需求。