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  • 發布時間:2020-10-26 21:05 原文鏈接: 用于實施狀態監控的智能傳感器(二)

    對振動傳感器的需求

    為了廣泛使用振動傳感器來實施狀態監控,務必考慮兩個重要因素:低成本和小尺寸。以往人們通常使用壓電傳感器,如今則越來越多地使用基于MEMS的加速計。它們具有更高的分辨率、出色的漂移特性和靈敏度,以及更高的信噪比,此外,還能檢測幾乎接近直流范圍的極低頻率振動。同時也非常節能,因此非常適合電池供電的無線監控系統。與壓電傳感器相比還有另一項優勢:可以將整個系統集成到單個殼體(系統級封裝)中。這些所謂的SiP解決方案不斷集成以下其他重要功能,共同構建為智能系統:模數轉換器、帶嵌入式固件(實施專用預處理)的微控制器、通信協議和通用接口,此外還包括各種保護功能。

    集成保護功能非常重要,這是因為傳感器元件受力過大會導致損壞。集成的超量程檢測功能會發出警告,或者通過關閉內部時鐘,停用陀螺儀中的傳感器組件,從而保護傳感器元件不受損害。SiP解決方案見圖3。

    增加。對于有效的CBM,對傳感器測量范圍(滿量程,即FSR)的要求一般為±50g。

    由于加速度與頻率的平方成比例,所以能夠相對很快地達到這些高加速力。公式1可以證明這一點:

    變量表示加速度,f表示頻率,d表示振動幅度。因此,例如,振動為1kHz時,1μm的振幅會產生39.5g的加速度。

    至于噪聲性能,這個值在盡可能廣泛的頻率范圍內(從接近dc到數十kHz的中間范圍)都應該非常低,這樣,除了其他因素之外,可以在速度極低時檢測到軸承噪聲。但是,由此也可以看出,振動傳感器制造商正面臨一個重大挑戰,尤其對于多軸傳感器而言。只有少數幾家制造商能夠提供帶寬大于2kHz、噪聲足夠低的多軸傳感器。ADI公司(ADI)已開發出適合CBM應用的ADXL356/ADXL357三軸傳感器系列。該系列產品具備出色的噪聲性能和溫度穩定性。除了有限的1.5kHz(諧振頻率=5.5kHz)帶寬以外,這些加速度計仍能夠為風輪機等低速設備提供重要的狀態監控讀數。

    ADXL100x系列中的單軸傳感器適用于更高帶寬。它們提供高達24kHz(諧振頻率=45kHz)的帶寬,且在噪聲水平極低的情況下,提供高達±100g的g范圍。由于具有高帶寬,該傳感器系列可以檢測出旋轉機械中的大部分故障問題(滑動軸承損壞、失衡、摩擦、疏松、輪齒缺損、軸承磨損和氣蝕)。

    基于狀態的監控可以采用的分析方法

    CBM中的機器狀態分析可以采用多種方法完成。最常見的方法是時域分析、頻率域分析,以及兩者共用。

    1.基于時間的分析

    在時域振動分析中,會考慮有效值(均方根,即rms)、峰峰值和振動幅度(見圖4)。

    峰峰值反映電機軸的最大偏斜度,因此能夠得出最大載荷。振幅值則表示振動的幅度,并且識別異常的振動現象。但是,不會考慮振動的時長或者振動期間的能量,以及振動的破壞力。因此,有效值一般是最具意義的值,這是因為它不但考慮振動時長,還考慮振動幅度值。通過分析所有這些參數對電機速度的依賴關系,可以獲得對rms振動的統計閾值的相關性。

    事實證明此類分析非常簡單,因為它既不需要基本的系統知識,也不需要進行任何類型的光譜分析。


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