振動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用中的MEMS技術(shù)
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在某些情況下，幅度和相位信息都有用，但幅度/頻率關(guān)系含有的信息往往足以檢測(cè)關(guān)鍵變化。 對(duì)于只提供幅度結(jié)果的器件，F(xiàn)FT譜線的數(shù)量等于原始時(shí)域記錄中采樣數(shù)的一半。 FFT頻譜寬度等于采樣速率除以記錄總數(shù)。 在一定程度上，每個(gè)FFT頻譜都像是時(shí)域中一個(gè)獨(dú)立的帶通濾波器。 圖5為MEMS振動(dòng)傳感器的一個(gè)實(shí)際示例，其中，采樣速率為20480 SPS，始于512點(diǎn)記錄。 在這種情況下，傳感器只提供幅度信息，因此，總數(shù)為256，頻譜寬度等于40 Hz (20480/512)。
圖5. ADIS16228 FFT輸出
頻譜報(bào)警
使用FFT的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是可以簡(jiǎn)化頻譜報(bào)警的應(yīng)用。 圖6中的示例包括5個(gè)獨(dú)立的頻譜報(bào)警，分別負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)器自然頻率(#1)、諧波（#2、#3和#4）以及寬帶成分(#5)。 報(bào)警和臨界電平對(duì)應(yīng)于機(jī)器健康振動(dòng)與時(shí)間關(guān)系曲線中的電平。 啟動(dòng)和停機(jī)頻率完善了這種關(guān)系所代表的過(guò)程變量定義。 在使用嵌入式處理器時(shí)，頻譜報(bào)警定義變量（啟動(dòng)/停機(jī)頻率、報(bào)警/臨界報(bào)警電平）可能處于采用數(shù)字碼配置的可配置寄存器中。 使用相同的比例因子和譜線編號(hào)方案可大大簡(jiǎn)化這一過(guò)程。
圖6. FFT示例（帶頻譜報(bào)警）
記錄管理是與過(guò)程變量關(guān)系關(guān)聯(lián)的一個(gè)關(guān)鍵功能。 存儲(chǔ)每臺(tái)機(jī)器壽命期內(nèi)不同階段的FFT記錄可對(duì)多種行為進(jìn)行分析，然后繪制出一幅磨損曲線圖，從而有助于維護(hù)和安全規(guī)劃。 除了匯集歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)以外，捕獲與電源、溫度、日期、時(shí)間、采樣速率、報(bào)警設(shè)置和濾波相關(guān)的條件數(shù)據(jù)也具有較大價(jià)值。
接口
接口取決于特定廠房中的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。 在某些情況下，有多種工業(yè)電纜通信標(biāo)準(zhǔn)（如以太網(wǎng)、RS-485）可供選擇，因此，智能傳感器與通信系統(tǒng)之間的接口可能是一個(gè)嵌入式處理器。 在其他情況下，相同的嵌入式處理器可用來(lái)連接智能傳感器與現(xiàn)有無(wú)線協(xié)議，比如Wi-Fi、ZigBee或特定系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。 有些智能傳感器（如面向遠(yuǎn)程傳感器的ADIS16000無(wú)線網(wǎng)關(guān)和ADIS16229）配有開(kāi)箱即用的無(wú)線接口，通過(guò)常見(jiàn)的嵌入式接口（如SPI或I2C.）即可使用。
結(jié)論
MEMS慣性技術(shù)迎來(lái)了一個(gè)嶄新的振動(dòng)監(jiān)控時(shí)代，并為此類儀器儀表贏得了更廣泛的用戶群體。 性能、封裝和熟悉度可能有利于壓電技術(shù)繼續(xù)發(fā)揮作用，但顯然振動(dòng)監(jiān)控正在發(fā)展和進(jìn)步。 通過(guò)先進(jìn)的功能集成和出色的適應(yīng)能力，MEMS器件在新型振動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用中獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。 檢測(cè)點(diǎn)的高級(jí)信號(hào)處理技術(shù)帶來(lái)了巨大便利，使大多數(shù)情況下的監(jiān)控負(fù)擔(dān)簡(jiǎn)化為一種簡(jiǎn)單狀態(tài)（正常、報(bào)警、臨界）。 此外，通過(guò)便利的通信通道實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取功能則為振動(dòng)監(jiān)控儀器創(chuàng)造了新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。 放眼未來(lái)，關(guān)鍵性能指標(biāo)（噪聲、帶寬和動(dòng)態(tài)范圍）的發(fā)展，再加上高度的功能集成，必將促使這種趨勢(shì)繼續(xù)向前發(fā)展。
評(píng)論