一种基于加速度传感器的高精度振动探测器技术研究

陈力

（中国船舶集团有限公司第七一三研究所，河南 郑州450015）

1 引用标准

a.GJB5255－2005《后方军械仓库安全监控系统技术要求》；b.GB-T10408.1-2000《入侵探测器通用要求》；c.GB-T10408.8-2008《振动入侵探测器》；d.GJB2268A-2002《后方军械仓库电气防爆技术要求》；e.GB3836.1-2010《爆炸性环境设备通用要求》；f.GB/T4208-2017《外壳防护等级》

2 系统原理

2.1 系统概述

探测器采用工业级主流CortexM4ARM 处理器作为主控制器，实时采集监测高精度三轴加速度传感器的振动数据及当前环境温度，当外壳被打开、报警线路被剪断或加速度值超过设定的报警阈值时，通过无源报警信号进行报警，通过RS485 总线实时上传报警时间、报警值传输给后端监控主机。

2.2 系统原理

2.2.1 工作原理

探测器采用三轴加速度传感器感应外部施加的加速度值，使用AD 转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号，通过串口接收数据并利用寄存器的读写发出控制命令，探测器具备29个功能寄存器，和一个识别标记的只读寄存器，可以选择30 个寄存器中的任意一个进行读写操作。

2.2.2 采集原理

采样电路使用逐次逼近型，类似于天平称重，从重到轻依次增加砝码，最后计算总重量，参考这种方法，我们将输入的模拟信号与参考电压进行比较，转换数字量逐次逼近模拟信号量，采集到最终数值。

2.2.3 数据处理原理

把连续N 个采样值进行算术平均值运算，作为本次滤波得到的有效值；这种方法的特点是：信号平滑度随着N 值的大小呈现高低变化，同时与灵敏度成负相关，适合对干扰信号滤波，信号会在某一平均值周围上下浮动。

软件流程（如图1）。

图1 软件流程图

3 探测器结构

⑴底壳；⑵堵头一；⑶线缆；⑷堵头二；⑸主板；⑹密封圈；⑺上盖。

图2 产品结构图

4 探测范围

探测范围很大程度上取决于所探测物体的材料属性。

对铁质材料（如：保险箱）的作用半径：r=2m；对砖混结构材料（如：仓库）的作用半径：r=4m；如果存在同质连接，安装在墙壁上的探测器的探测范围也可能会延伸到天花板、地板或角落的部分区域。在这些情况下，作用半径减至设置范围的3/4。两种材料的连接处往往会减弱结构噪声的传播。因此，必须在两种材料连接处的周围各安装一个探测器。探测器适用于各种应用环境，用户可根据实际应用环境和需求，调整探测器的灵敏度，使其对振动源的探测更加精准可靠。探测器灵敏度可调等级分为15 档，其中g=9.80m/s2，具体见表1。

表1

5 报警方式

振动探测器通过RS485 总线方式接入报警主机，可通过主机设置报警分区。监控对象受到冲击脉冲宽度在0.2ms-5ms 之间或加速度大于等于1m/s2 的击打时,产生报警输出信号。探测器具有工作状态下的自检功能，当发生被拆除、移位、外壳被打开、短路、断路时产生报警信号。探测器可适应不同场合范围的变化要求，灵敏度和探测范围可调。具有可靠性高、稳定性好、安全性强、环境适用性广等优势，可满足军队、石油化工、银行、文物保护、交通等领域的安全监控防护需求。