[发明专利]基于MEMS传感器的电机振动测量仪

权利要求书

1.基于MEMS传感器的电机振动测量仪，其特征在于：包括，

微加速度计FXLS8471Q，为电机振动测量传感器，检测电机振动信号，并通过IIC总线把传感器采集的振动数据传输至单片机；

单片机MSP430F6638，将采集的振动数据经滤除噪声干扰的卡尔曼滤波方法除噪后，再使用累加求和位移方法对振动位移进行计算，通过液晶屏和串口送至上位机进行显示和处理。

2.如权利要求1所述的基于MEMS传感器的电机振动测量仪，其特征在于：所述的卡尔曼滤波方法为，将测量仪采集的振动信号用带有噪声的差分方程表示为：

x_j＝ax_j-1+bu_j+w_j (1)

x_j表示当前测量仪测量的振动加速度的值，x_j-1表示前一时刻的振动加速度的测量值，a，b是系统的特征参数，u_j是系统的控制输入，w_j是均值为零，协方差为Q的系统白噪声；

为了对加速度值x_j进行滤波，且实现噪声w_j最小化，定义加速度的观测值z_j：

z_j＝hx_j+v_j (2)

h是系统的特征参数，由于测量仪直接利用AD模块采样，没有控制环节，所以h＝1，v_j是均值为零，协方差为R的观测噪声；

对应的误差记为先验预估误差和后验预估误差e_j：

ej-=xj-x^j----(3)]]>

ej=xj-x^j---(4)]]>

对应的协方差为：

Pj-=E(ej-2)---(5)]]>

Pj=E(ej2)---(6)]]>

先验估计加速度测量值和观测变量z_j及其预测之差的线性组合构成了后验状态估计

的大小反映了预测加速度值和实际测量加速度的差值，称为估计残余或者预测更新，K用来重新定义估计值，使后验估计误差的协方差P_k最小，把公式(7)带入(4)后，再带入(6)在方程中对K一阶求导，令导数为零，求出K的表达式为：

K=hpj-(h2pj-+R)-1---(8)]]>

由上述公式(1)-(8)推导可写出预估方程(9)和(10)，校正方程(11)-(13)：

x^j=ax^j-1-+buj---(9)]]>

Pj-=a2Pj-1+Q---(10)]]>

K=Pj-(Pj-+R)-1---(11)]]>

Pj=Pj-(1-kj)---(13)]]>

方程(9)至(13)就是卡尔曼滤波方法的编写依据；为滤波后的加速度值，程序初始化的噪声协方差Q和预估误差协方差P，由经验值结合实验测定。