MEMS加速度傳感器在電機健康狀態(tài)監測上的應用

隨著(zhù)工業(yè)4.0深入的推進(jìn)，電機已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)中最主要的驅動(dòng)設備，廣泛應用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。電機在長(cháng)期運行中難免會(huì )產(chǎn)生一些故障，如何實(shí)時(shí)監測電機工作狀態(tài)，及時(shí)診斷出電機的健康狀況就變得非常重要。研究表明，電機振動(dòng)信號中包含了大量的電機運行狀態(tài)信息，對電機振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測可以有效的判斷電機的運行狀態(tài)，從而實(shí)現對電機故障及時(shí)診斷和預警，大大降低電機發(fā)生重大事故的概率，用客戶(hù)的話(huà)講就是“讓機器說(shuō)話(huà)”。據ADI代理商Excelpoint世健公司介紹，世健已經(jīng)為湖南、四川等多個(gè)地區的鋼鐵、風(fēng)電等客戶(hù)搭建了從傳感器到云端的全套系統，目前進(jìn)入前期導入階段。

常見(jiàn)的加速度傳感器主要有壓電陶瓷加速度傳感器、應變式加速度傳感器、電容式加速度傳感器和MEMS加速度傳感器，傳統的電機振動(dòng)監測主要選用IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器。但隨著(zhù)MEMS技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前在很多應用上已經(jīng)開(kāi)始逐步替代壓電式傳感器，世健公司技術(shù)支持部Eason Huang表示，ADI在MEMS加速度傳感器產(chǎn)品上可以提供豐富的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足不同的振動(dòng)頻率監測，同時(shí)能保持最好的噪聲性能。Eason將ADI公司的ADXL1002與某壓電陶瓷加速度傳感器公司的B產(chǎn)品進(jìn)行了對比：

1. 性能參數對比

2. 靈敏度和相移對比

3. 噪聲密度對比

經(jīng)過(guò)對比不難發(fā)現，兩款傳感器在靈敏度上非常接近，而ADXL1002隨頻率的相移相對于對比產(chǎn)品要小一半，底噪上壓電陶瓷要比MEMS小一些。在成本方面，Eason介紹，壓電陶瓷比MEMS高出許多——$100 vs $30。以下是ADI常用于振動(dòng)監測的加速度傳感器選型：

ADI除了MEM加速度傳感器，還可以在整個(gè)信號采集信號鏈上提供完整解決方案：

當然，如果想繼續選用PZT傳感器，ADI也可以提供后續調理和數據采樣方案：

除了分立的傳感器、信號調理和數據采集方案外，ADI最新推出全集成的單模塊解決方案ADcmXL3021，該模塊能基于A(yíng)DXL100x傳感器設計，能提供如下優(yōu)異的監測性能：

? ±50 g 的測量范圍

? DC ~ 10 KHz的帶寬（5%的帶內平坦度）

? 高采樣的ADC性能，最高支持到220 Ksps

? 支持外部時(shí)鐘對多傳感器信號的同步采集

? 3.0 ~ 3.6V單電源供電

? -40?C ~ 105?C的工作溫度

通過(guò)對比，我們可以發(fā)現ADI的工業(yè)級MEMS加速度傳感器在溫度響應、幅值線(xiàn)性度、沖擊極限上都有非常好的性能表現，尤其是在低頻的幅頻特性，沖擊恢復能力、長(cháng)期可靠性上都會(huì )優(yōu)于壓電傳感器，通過(guò)結合優(yōu)化機械設計，ADI可以提供性能優(yōu)異的完整解決方案和成套產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的電機健康狀態(tài)的監測和診斷應用。Eason表示，作為一家技術(shù)型授權代理商，對于電機健康狀態(tài)監測應用，世健公司可以根據客戶(hù)的不同需求，提供從MEMS傳感器到無(wú)線(xiàn)傳輸（DUST）的全套解決方案，幫助縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品應用部署。