MEMS加速度傳感器在電機健康狀態(tài)監(jiān)測上的應用

隨著工業(yè)4.0深入的推進，電機已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)中最主要的驅動設備，廣泛應用于各個生產(chǎn)領域。電機在長期運行中難免會產(chǎn)生一些故障，如何實時監(jiān)測電機工作狀態(tài)，及時診斷出電機的健康狀況就變得非常重要。研究表明，電機振動信號中包含了大量的電機運行狀態(tài)信息，對電機振動進行實時監(jiān)測可以有效的判斷電機的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對電機故障及時診斷和預警，大大降低電機發(fā)生重大事故的概率，用客戶的話講就是“讓機器說話”。據(jù)ADI代理商Excelpoint世健公司介紹，世健已經(jīng)為湖南、四川等多個地區(qū)的鋼鐵、風電等客戶搭建了從傳感器到云端的全套系統(tǒng)，目前進入前期導入階段。

常見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(tǒng)的電機振動監(jiān)測主要選用IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器。但隨著MEMS技術的不斷進步，目前在很多應用上已經(jīng)開始逐步替代壓電式傳感器，世健公司技術支持部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)品來滿足不同的振動頻率監(jiān)測，同時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)品進行了對比：

1. 性能參數(shù)對比

2. 靈敏度和相移對比

3. 噪聲密度對比

經(jīng)過對比不難發(fā)現(xiàn)，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常用于振動監(jiān)測的加速度傳感器選型：

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

當然，如果想繼續(xù)選用PZT傳感器，ADI也可以提供后續(xù)調(diào)理和數(shù)據(jù)采樣方案：

除了分立的傳感器、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)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ADXL100x傳感器設計，能提供如下優(yōu)異的監(jiān)測性能：

? ±50 g 的測量范圍

? DC ~ 10 KHz的帶寬（5%的帶內(nèi)平坦度）

? 高采樣的ADC性能，最高支持到220 Ksps

? 支持外部時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

通過對比，我們可以發(fā)現(xiàn)ADI的工業(yè)級MEMS加速度傳感器在溫度響應、幅值線性度、沖擊極限上都有非常好的性能表現(xiàn)，尤其是在低頻的幅頻特性，沖擊恢復能力、長期可靠性上都會優(yōu)于壓電傳感器，通過結合優(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)品來滿足客戶的電機健康狀態(tài)的監(jiān)測和診斷應用。Eason表示，作為一家技術型授權代理商，對于電機健康狀態(tài)監(jiān)測應用，世健公司可以根據(jù)客戶的不同需求，提供從MEMS傳感器到無線傳輸（DUST）的全套解決方案，幫助縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加快產(chǎn)品應用部署。