摘要

振动传感在监测机器健康、在故障导致代价高昂的停机之前发现隐患方面至关重要。意法半导体高精度MEMS加速度计让此类监测成为可能。

• 摘要
• 引言
• IIS3DWB10IS的部分数据
• 全新ISPU 2.0
• 面向IIS3DWB10IS的意法半导体MEMS生态系统
• 总结
• 相关链接

引言

电机可能出现多种异常征兆，例如超声、振动、可闻噪声以及过热。

本文重点探讨振动传感领域，新一代MEMS器件能够检测微小信号，并在潜在故障发生前识别相关征兆。在预测性维护应用中，选择合适的传感器取决于带宽需求。快速傅里叶变换 (FFT) 可快速提供设备正常振动的频率分量信息。一旦确定了振动特征，持续的振动传感和分析便可检测异常模式，并对问题进行早期预警。这些模式可能与正常运行有关，需要进行定期调整或更换组件；也可能表明存在其他问题，例如润滑失效。

在需要高带宽时，压电式传感技术通常是主导方案，但它并非总是最佳选择。全新MEMS振动传感器技术现已能够提供媲美压电传感器的性能。

全新IIS3DWB10IS MEMS传感器将高带宽能力与更低噪声相结合，即使是细微变化也清晰可见。

该传感器可为可靠设备带来价值：

• 在工厂中，检测微小错位或磨损部件。
• 在智能楼宇中，监测供暖、通风与空调 (HVAC) 设备及泵，帮助环境保持稳定并提升能效。
• 在机器人应用中，帮助运动保持精确且可控。
• 在电动汽车中，监测电机，确保道路行驶的安全性与可靠性。

想进一步了解支持这些应用实现的MEMS传感器技术，请观看本视频：

IIS3DWB10IS 的部分数据

全新IIS3DWB10IS传感器可对10 kHz以上的振动进行精确测量。典型值X、Y轴为15 kHz，Z轴为12 kHz。动态范围极大，可达200 g。同时具备低至35 µg/sqrt(Hz)的本底噪声。

其噪声表现可与压电传感器相当，同时成本更具优势。IIS3DWB10IS可提供同等的精度与灵敏度，并带来数字传感优势，其中尺寸更小、功耗更低、电气和机械设计更简化，以及计算划分更灵活。

IIS3DWB10IS适用于严苛环境。支持扩展温度范围，可在最高125°C环境下可靠运行，并在超宽且平坦的频率范围内保持低噪声表现。

全新ISPU 2.0

IIS3DWB10IS除了配备用于数据存储的专用缓冲区外，还集成智能传感器处理单元 (ISPU)，可在边缘端处理数据。

ISPU 2.0（智能传感器处理单元）引入全新硬件加速器，用于实时信号处理与边缘AI。该加速器可提升常用功能的执行速度，并进一步优化能效表现。

ISPU内核支持C语言编程，并集成片上程序与数据随机存取内存 (RAM)。借助40 MIPS和40 MFLOPS数字信号处理能力，ISPU 2.0的处理性能可达上一代的四倍。此外，ISPU 2.0传感器接口支持与MEMS电路的数据传输，速度提升六倍。

我们提供软件库，便于在ISPU上运行典型的振动监测算法，包括FFT、滤波、速度烈度以及异常检测。有关更新，请参阅GitHub资源库：https://github.com/STMicroelectronics/st-mems-ispu

得益于边缘AI处理能力，IIS3DWB10IS可支持准确、连续的监测，而无需频繁充电或更换电池。

凭借自配置功能，传感器可在无需主机处理器的情况下实时优化自身设置。这种自适应能力有助于实现功耗节省，同时不影响传感质量。

面向IIS3DWB10IS的意法半导体MEMS生态系统

意法半导体工具生态系统由软件包和GitHub示例组成，旨在缩短IIS3DWB10IS中算法的开发和集成时间。

在软件方面，意法半导体边缘AI内核为IIS3DWB10IS提供完整支持，可将预训练的边缘AI模型转换为C代码。随后，搭配MEMS Studio的ISPU工具链支持将C代码算法部署到IIS3DWB10IS传感器。

同时还提供一组经过优化的即用型库，用于补充AI算法。这些库包括快速傅里叶变换 (FFT)、均方根 (RMS) 以及多种类型的滤波。

下图展示了在ISPU上运行FFT算法的演示，用于监测轴承系统中的振动。除用于对实时数据进行FFT监测的专用工具外，MEMS Studio还可评估ISPU输出，例如在边缘端运行FFT库时的输出结果。

本演示使用的是STEVAL-MKI253KA评估套件。借助随附的柔性电缆，该评估套件可将IIS3DWB10IS传感器连接至适用于STM32 Nucleo的X-NUCLEO-IKS5A1扩展板。

STEVAL-MKI253KA还可与意法半导体其他评估、开发和原型设计开发板兼容。

如果使用定制板卡，可参考专用GitHub资源库中提供的C驱动程序与示例：https://github.com/STMicroelectronics/STMems_Standard_C_drivers/tree/master/iis3dwb10is_STdC

总结

借助意法半导体MEMS传感器，您可以轻松开发振动监测应用。我们提供工具生态系统（开发板与软件），助力传感器评估与应用开发。

相关链接

• 深入了解全新IIS3DWB10IS：https://www.st.com/content/st_com/zh/campaigns/iis3dwb10is-advanced-vibration-sensor-for-next-gen-predictive-maintenance-mems-mc4indu.html
• 利用STEVAL-MKI253KA（IIS3DWB10IS评估套件）开始评估：https://www.st.com/zh/evaluation-tools/steval-mki253ka.html
• 探索GitHub资源库中的ISPU示例：https://github.com/STMicroelectronics/st-mems-ispu
• 在产品页面查找文档（包括数据手册和应用笔记）：https://www.st.com/zh/mems-and-sensors/iis3dwb10is.html
• 观看2026年9月15日的专题在线研讨会：https://content.st.com/mems-vibration-sensors-webinar.html