用于工業(yè)振動(dòng)的加速度計(jì)及其模塊方案
工業(yè)4.0的浪潮正在興起。眾所周知,工業(yè)4.0有著大量的承諾,其中就包括生產(chǎn)力和安全性的指數(shù)級(jí)改進(jìn)。如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力和安全性的大幅提升呢?這其中工業(yè)條件監(jiān)測(cè)將發(fā)揮重要作用,而傳感器在其中將扮演關(guān)鍵角色。振動(dòng)是機(jī)器診斷的關(guān)鍵要素之一,已被可靠地運(yùn)用于監(jiān)控各種工業(yè)應(yīng)用中的最關(guān)鍵設(shè)備。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201910/405776.htm振動(dòng)測(cè)量可以使用放置在被監(jiān)測(cè)元件附近的加速度計(jì)進(jìn)行。這種傳感器可以是壓電式,也可以是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))類型,后者更具優(yōu)勢(shì),不僅可以在低頻率下提供更好的響應(yīng),而且體積小巧。
以滾珠軸承故障監(jiān)測(cè)為例,每次滾珠碰觸到開裂處或者觸碰到內(nèi)環(huán)或外環(huán)的缺陷位置,就會(huì)發(fā)生撞擊,引起振動(dòng),甚至導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸輕微移位。撞擊發(fā)生的頻率由轉(zhuǎn)動(dòng)速度,以及滾珠的數(shù)量和直徑?jīng)Q定。一旦故障出現(xiàn),前面提到的撞擊有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生可以聽見的聲音,即沖擊波,表現(xiàn)為低能量譜分量和相對(duì)較高的頻率,通常大于5 kHz,而且總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基本的旋轉(zhuǎn)頻率。只有低噪聲、高帶寬加速度計(jì)(例如ADI公司的ADXL100x)才能測(cè)量與首個(gè)故障信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻譜線。
2 測(cè)量模塊的解決方案
盡管諸如ADXL100x系列加速度計(jì)具有寬帶寬和低噪聲特點(diǎn)。但是,它們采用單軸,需要配備相關(guān)的處理電子設(shè)備。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),越來越多提供從組件到完整功能模塊產(chǎn)品。例如ADI公司提供了一套完整的解決方案,采用 ADcmXL3021型號(hào)實(shí)施三軸測(cè)量。這款3.3 V電源電壓產(chǎn)品包括3個(gè)基于ADXL1002的測(cè)量鏈、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)處理器和1個(gè)FIFO(先入先出)。整個(gè)裝置封裝在一個(gè)鋁殼 (23.7 mm×26.7 mm×12 mm) 內(nèi),可以即時(shí)安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)器上。該產(chǎn)品的全尺寸為±50 g,具有僅25 μg/√Hz的極低噪聲水平和10 kHz帶寬,這些特點(diǎn)使其能夠在大量應(yīng)用中捕捉振動(dòng)特征。
信號(hào)處理模塊不僅包括一個(gè)具有32個(gè)系數(shù)的可配置FIR(有限沖擊響應(yīng))濾波器,還包括一個(gè)每軸2 048個(gè)節(jié)點(diǎn)的FFT(快速傅里葉變換)函數(shù),用于對(duì)振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析。再將用這種方法計(jì)算得出的頻譜的每個(gè)頻率級(jí)別與可配置的報(bào)警閾值(每軸6個(gè))進(jìn)行對(duì)比。如果頻譜組件過于密集,就會(huì)生成警報(bào)。該產(chǎn)品還可以通過SPI(串行外設(shè)接口)與主機(jī)處理器進(jìn)行交互,提供訪問內(nèi)部寄存器以及一組用戶可配置的函數(shù)的權(quán)限,包括先進(jìn)的數(shù)學(xué)函數(shù),例如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值、波峰因素和峰度(四階動(dòng)力矩,支持測(cè)量振動(dòng)的銳度)。利用這些機(jī)器健康狀況的深入見解,可以提高生產(chǎn)力和效率,最大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間,加速實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0。
評(píng)論