智能手機與工程結構振動舒適度研究 – II

 據說沒有任何一部科幻小說曾預測過手機和互聯網的出現,而如今,城市人群恐怕有70%的時間都花在手機+互聯網上了吧?午夜夢回,不再是去摸枕頭下的存折,而是“手機,我的手機呢?”

        既然要用,就要了解智能手機上加速度傳感器和采集軟件的性能,這和任何測試開始前都需要知道儀器測試范圍和精度的重要意義相同。

一、手機加速度傳感器硬件性能

        表1為常見智能手機的加速傳感器型號和對應的信號采集軟件。

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就硬件而言,基本上一分價錢一分貨,you get what you pay for (of course!)。

        MEMS加速度傳感器制造商主要有美國AD公司、意法半導體、飛思卡爾、博世。意法半導體開發和生產的LIS2DH、LIS344ALH、AIS328D;AD公司的ADXL345、ADXL345BCC、ADXL203C等;其量程范圍通常有+-2g/4g/8g不等,價格從幾元到上千元不等。各類傳感器的性能都可在其官網上檢索到。表2為iPhone4傳感器的性能。

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水果手機中,iPhone5使用了一顆來自ST公司的三軸加速度傳感,iPhone5S使用了來自Bosch的加速度傳感器,在iPhone 6中首次使用了雙加速度傳感器,一顆是Invensense六軸加速傳感器與陀螺儀MPU-6700的集成模塊,另一顆則是來自博世(Bosch)的三軸加速計BMA280。

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二、手機加速度采集APP

不同手機操作平臺上的加速度信號采集App很多,更新換代迅速,有收費有免費的,性能差異較大。哪款更好?如人飲水,冷暖自知了。

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三、手機加速度測量精度

        把大批手機放到振動臺上進行了精度測試,見圖6。

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(somehow, 傳不上>5M的gif圖)

圖6 手機測試精度的振動臺對比

(1)正弦波:不錯

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(2)掃頻波:還行吧

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(3)雙向振動:還行吧

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(4)地震波:呵呵

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(5)基本結論       

        智能手機中所配置的加速度傳感芯片的精度是測試精度主要影響因素。采用集成最新硬件系統的智能手機型號配合具有高采樣頻率的數據采集軟件,可準確獲得諧波信號(1.5~3.4Hz范圍)的時頻特征、掃頻波的頻譜特征,較為準確地得到掃頻波的時域特征。對于地震波信號,智能手機系統的測量結果能反映信號的宏觀時域特征,但在峰值大小、時刻以及頻譜特性上,精度較差。對于非平穩信號(幅度、頻率變化),現階段采用手機測試應慎重。

四、實際應用效果?

        曾自己用水果六手機測試千米級大橋和中國最高的高層建筑的振動,前者還放置了高精度加速度傳感器進行對比(圖11)。在兩個結構的現場人都能清晰地感受到結構的振動(人的靈敏度高呀),因而對手機測試結果充滿了期望……。結果嘛,都拿不出一張說得過去的時程曲線圖。俗話說:期望越大,失望越大。

        問題來了,5000塊的手機顯然做不了5000塊加速度傳感器的事,那拿它來做什么呢?

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                                                                               圖11 實際應用對象 

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