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高性能MEMS传感器+无线网络开启状态监控新时代

作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-05-15 18:36    浏览量:

  随着监测手段不断升级,国内地震自动速报平均用时从2017年的3分钟缩短到2分钟,正式测报平均用时从2017年的15分钟缩短到10分钟。在江苏,地震速报时间甚至缩至1分钟。究其原因是由于伺服加速度传感器在地震计振动监控中取得广泛应用。实际上,由于其具备▼▲线性响应好、工作状态稳定等优点,低噪声、低漂移、低功耗的加速度传感器在工业自动化领域的过程监控和预测性维护应用也十分广泛,能够很好的△▪▲□△实现零停机时间,有效降低维护成本,改善工人安全性。本文就以高性能模拟技术提供商ADI的高精度、超低噪声MEMS传感器为例,看生产实▲★-●践中的可靠且连续振动监控如何实现。

  事实上与灵敏电子元器件制造业一样,过程监控在高价值设备的生◁☆●•○△产设施中同样及其重要,装配线的细微变化可能会导致工厂产量减少,最终设备的主要技术参数变化等。传统的方法是利用手持式振动探头进行检测,如下图所示。这种方法的一个主要缺点是不能进行可重复测量,探头位置或角度稍有改变,就会产生不一致的振动剖面,从而难以进行精确的时间比较,同时还有无法实时指出振动偏移这一局限性。

  此外,工厂设备通常有多种振动源(轴承缺陷、不平衡和齿轮啮合),其中包括设计带来的振动源,例如在正常工作过程中产生振动的○▲-•■□钻孔机或压制机。振动曲线较复杂、有时间偏移,并且易受设备、材质和◇▪…□▷▷•…=▲位置的变化影响。基于时间的分析会产生一个综合所有这些振动源的复杂波形,如果不进行快速傅里叶变换(FFT)分析,它提供的信息难以辨别。

  虽说借助嵌入式F•☆■▲FT功能,自主传感器可实现实时通知,许多既有解决方案也能够以压电传感器为基础实现,但通常而言其集成度非常低,需要依赖FFT外部计算和分析。这不仅使得实时通知毫无可能,而且将大部分额外设计工作推给了设备开发人员。如果传感器内嵌FFT分析功能,就能即时确定振动偏移的具体来源,但从完全集成的传感器开始开发,也需花费开发人员6至12个月的开发时长。还有另一大问题是该解决方案大部分都只有模拟输出,这会导致信号在传输过程中衰减,而且离线数据分析非常复杂。

  最关键的是需要进行振动监控的大多数工业设备也往往存在于高噪声、时刻保持运动、无法接近、甚至危险的工作环境◆◁•中。因此,业界迫切希望降•□▼◁▼低接口电缆的复杂性,并且在数据源头端执行尽可能多的数据分析工作,以便捕捉到尽可能准确的设备振动状态信息。

  MEMS传感器在结构健康监测中起着决定性作用。它们可用于测量倾斜度变化、振动分析以及线性或圆周运动——即使在极端条件下也能测量,可以更好地利用可用资源并帮助避免服务故障和中断。据麦姆斯咨★-●=•▽询介绍,ADI公司作为MEMS创新产品的先行者,专门针对工业条件监测应用而设计的高频率、低噪声MEMS传感器,无惧高冲击和高振动的环境,可在状态监控应用中尽早检测出机器故障,深受全球市场领先公司的欢迎。

  支持结构健康监测的高级特性对于状态监控和结构健康监测,测量范围是一个重要参数。例如,在加速度峰值为几个g的应用中,2g范围的传感器就足够了。但是,工业自动化设备器件常常工作在受到强烈振动和冲击的环境中,会导致传感器饱▲=○▼和。一旦饱和,就不可能测量出正确的加速度。这种情况下,可以使用40g传感器,达到饱和的可能性较小,即使存★◇▽▼•在很高的机械噪声,也可以通过适当的信号处理提取所需的信息。以ADI ADXL▼▼▽●▽●356/357三轴加速度计为例,其噪声密度可低至80µg/Hz,可选测量范围从±10g到±40g,最大0.75mg/C零点漂◆●△▼●移以及0.1g振动整流误差,只需极少量的校准工作即可☆△◆▲■实现精密测量,在状态监控应用中尽早检测出机器故障。

  同时,ADXL356和ADXL357不仅性能出色,功耗也极低,是无线传感器网络的理想之选。因为无论是何种技术方法,适用的振动分析程序都应该要能够监控数十甚至数百个位置,在一台设备的整个寿命周期中,可能需要获得成千上万条记录,预见性维护程序的完整性取决于传感器采集点的位置和时间的适当映射。此外在非常嘈杂、且采用金属结构、传导性很差的工业环境中,这些传感器不一定非常靠近数据记录器。因此,无线传感器网络连接可以确保振动检测的部署更具普遍性。

  ADI公司推出的SmartMesh IP 工业Mesh网络功耗低,且具有相当高的▪•★抗扰性,能够在通常非常嘈杂、且采用金属结构、传导性很差的工业环境中运行。此外,SmartMesh IP网络基于6LoW▲●…△PAN标准 (IEEE 802.15.4e),且基于围绕2.4 GHz传输的专有协议构建。该解决方案包含LTC5800收发器或预认证的LTP590x模块,非常易于实施。通过将MEMS振动检测与无线连接相结合,解决方案现可使多个远程检测接点通过各种无线标准接口与网关节点通信,从而能够整合数据并进行进一步离线趋势分析和学习。

  如今对MEMS传感器的需求已扩大到消费电子应用之外,工业和基础设施市场正在创造新的机遇。通过借助由ADI提供的高精度、低噪声、低功耗MEMS传感器与无线网络相连接的由传感器到云模型,可以▽•●◆实现更加可靠、功能更强的传感器接点,能够帮助实现期待已久的状态监控实时潜力,以及基于条件的预测性★▽…◇维护。

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