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MEMS加速度传感器在电机健康状态监测上的应用

2020-04-23
来源:Excelpoint

随着工业4.0深入的推进,电机已经成为了工业生产中最主要的驱动设备,广泛应用于各个生产领域。电机在长期运行中难免会产生一些故障,如何实时监测电机工作状态,及时诊断出电机的健康状况就变得非常重要。研究表明,电机振动信号中包含了大量的电机运行状态信息,对电机振动进行实时监测可以有效的判断电机的运行状态,从而实现对电机故障及时诊断和预警,大大降低电机发生重大事故的概率,用客户的话讲就是“让机器说话”。据ADI代理商Excelpoint世健公司介绍,世健已经为湖南、四川等多个地区的钢铁、风电等客户搭建了从传感器到云端的全套系统,目前进入前期导入阶段。

常见的加速度传感器主要有压电陶瓷加速度传感器、应变式加速度传感器、电容式加速度传感器和MEMS加速度传感器,传统的电机振动监测主要选用IEPE电压输出型压电加速度传感器。但随着MEMS技术的不断进步,目前在很多应用上已经开始逐步替代压电式传感器,世健公司技术支持部Eason Huang表示,ADI在MEMS加速度传感器产品上可以提供丰富的产品来满足不同的振动频率监测,同时能保持最好的噪声性能。Eason将ADI公司的ADXL1002与某压电陶瓷加速度传感器公司的B产品进行了对比:

1.   性能参数对比

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2.   灵敏度和相移对比

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3.   噪声密度对比

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经过对比不难发现,两款传感器在灵敏度上非常接近,而ADXL1002随频率的相移相对于对比产品要小一半,底噪上压电陶瓷要比MEMS小一些。在成本方面,Eason介绍,压电陶瓷比MEMS高出许多——$100 vs $30。以下是ADI常用于振动监测的加速度传感器选型:

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ADI除了MEM加速度传感器,还可以在整个信号采集信号链上提供完整解决方案:

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当然,如果想继续选用PZT传感器,ADI也可以提供后续调理和数据采样方案:

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除了分立的传感器、信号调理和数据采集方案外,ADI最新推出全集成的单模块解决方案ADcmXL3021,该模块能基于ADXL100x传感器设计,能提供如下优异的监测性能:

·  ±50 g 的测量范围

·  DC ~ 10 KHz的带宽(5%的带内平坦度)

·  高采样的ADC性能,最高支持到220 Ksps

·  支持外部时钟对多传感器信号的同步采集

·  3.0 ~ 3.6V单电源供电

·  -40︒C ~ 105︒C的工作温度

通过对比,我们可以发现ADI的工业级MEMS加速度传感器在温度响应、幅值线性度、冲击极限上都有非常好的性能表现,尤其是在低频的幅频特性,冲击恢复能力、长期可靠性上都会优于压电传感器,通过结合优化机械设计,ADI可以提供性能优异的完整解决方案和成套产品来满足客户的电机健康状态的监测和诊断应用。Eason表示,作为一家技术型授权代理商,对于电机健康状态监测应用,世健公司可以根据客户的不同需求,提供从MEMS传感器到无线传输(DUST)的全套解决方案,帮助缩短产品开发周期,加快产品应用部署。

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