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振荡监控使用中的MEMS技能

MEMS惯性传感器在当今的众多个人电子设备中发挥着重要作用。小尺寸、低功耗、易集成、强大功能性和卓越性能,这些因素促使着智能手机、游戏控制器、活动跟踪器、数码相框等装置不断创新。此外,MEMS惯性传感

MEMS惯性传感器在当今的很多个人电子设备中发挥着重要作用。 小尺度、低功耗、易集成、强壮功用性和杰出功用,这些要素促进着智能手机、游戏操控器、活动盯梢器、数码相框等设备不断创新。 此外,MEMS惯性传感器用于轿车安全体系可明显进步体系可靠性,并下降体系本钱,使轿车安全体系能够运用于大多数轿车。

功用集成度和功用的不断发展也有助于将MEMS加速度计和陀螺仪运用于许多不同的工业体系。 其间一些运用成为现有产品和服务的低本钱代替品,而其他运用则开端首要集成惯性感测功用。 作为具有两类用户的运用,振荡监控也正方兴未已。 出于保护和安全需求而用于监控机械健康状况的传统仪器外表一般选用压电技能。 高速主动化设备对振荡进行监控,以触发对光滑、速度或皮带张力的反应操控,或许封闭设备以便于修理人员快速查看。

虽然压电器材具有老练的用户群,但MEMS加速度计为新式的用户群供给了轻松集成、下降本钱等优势。 别的,MEMS加速度计先进的功用集成答应在ADIS16229数字MEMS振荡传感器等器材中集成嵌入式RF收发器,然后完成一种集信号处理和通讯功用于一体的完好解决计划。 此类可编程器材能够定时主动唤醒,捕获时域振荡数据,对数据记载履行快速傅里叶变换(FFT),对FFT成果进行用户可装备的频谱剖析,经过高效的无线传输线路供给简略的经过/失利成果,存取数据和成果,然后回来休眠状况。 振荡检测的新用户们以为,快速布置以及合理的具有本钱是选用彻底集成式MEMS器材的重要原因。

振荡监控运用

运用振荡调查机器健康状况旨在将可调查到的振荡与典型的磨损机制相关起来,比方轴承、齿轮、链条、皮带、刷子、轴、线圈和阀门。 在一台典型机器中,至少有一种磨损机制需定时保护。 图1展现了正常磨损机制振荡与时刻联系的三个比方。 虽然确认这种联系需求时刻和经历,但相关妥当的振荡特征不失为短周期定时保护的低本钱代替计划。 运用实践调查成果,比方振荡,可在检测到报警条件(赤色曲线)时快速采纳举动,一起还能防止对运用寿命未到期的机器过早进行保护(蓝色和绿色曲线)。

图1一起还展现了机器保护周期的两种报警设置(报警、要害)以及三个阶段(前期、中期、晚期)。 报警水平规则了正常运转期间的最大振荡频率,其间,调查到的振荡不含对机器或技能支持人员的潜在风险。 在正常规模时,能够运用一些外表丈量偶然呈现的振荡。 临界水平表明,财物存在严峻受损的风险,然后给技能支持人员或环境带来不安全要素。 明显,机器操作员期望在这一水平常防止操作机器,并一般会停止运用机器。 当振荡超越报警水平但低于临界水平常,机器仍能够继续作业,但应该进步调查频率,并或许需求进行额定的保护。

有时候,这三个操作区(正常、报警、临界)能够对应于机器保护周期的三个阶段: 前期、中期、晚期,每个阶段的振荡监控战略或许会有所不同。 例如,在前期,或许只需求每天、每周或每月调查仪器的首要振荡特点。 进入中期时,或许需求每小时调查一次,而在挨近晚期时,振荡监控的频率或许还要更高,尤其是在人员或财物处于风险的情况下。 在该阶段,运用便携式设备进行振荡监控的机器,其重复本钱将逐步添加,与保护本钱比较,或许高得让人望而生畏。 虽然有必要对重要财物进行特别照顾,但许多其他仪器却是无法接受这种重复本钱。 作为人工丈量的弥补,嵌入式MEMS传感器为要求实时振荡数据的设备供给了更为经济高效的办法。

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图1. 振荡与时刻联系示例

振荡的性质

振荡是一种重复的机械运动。 在开发振荡检测仪器时,需考虑多个重要特点。 首要,振荡运动往往一起具有线性和旋转元件。 大多数振荡检测联系都倾向于重视振荡起伏,而非肯定方位盯梢,因而,线性传感器(如MEMS加速度计)关于捕获运动信息而言足够了。 当首要为线性运动时,了解运动方向就显得极为重要,尤其是在运用单轴传感器时。 相反,3轴传感器具有更高的装置灵活性,因为正交方向能够在一个或更多轴上拾取,而不受振荡方向的影响。

因为振荡具有周期性,因而,频谱剖析是确认振荡曲线特性(振荡起伏与频率联系)的一种简洁办法。 图2所示曲线一起有宽带和窄带成分,主体振荡频率约为1350 Hz,还有4个谐波和一些低电平宽带成分。 每一件活动设备都有其自己的振荡曲线,而窄带呼应一般表明设备的天然频率。

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图2. 振荡曲线示例(天然频率:约1350 Hz)

信号处理

传感器挑选和信号处理架构取决于运用方针。 举例来说,图3所示信号链继续监控特定频带,经过邻近的操控面板供给报警灯和要害灯信号。 制造商在机械规划方面的常识有助于带通滤波器的规划,尤其是在发动频率、停机频率和带通滚降速率方面。 旋转速度、机械结构的天然频率、因毛病而异的振荡都或许影响带通滤波器。 虽然这种办法十分简略,但当有特定机器的历史数据时,振荡监控要求也或许发生改变。 监控要求的改变或许导致滤波器结构的改变,然后或许形成重复的工程本钱。 开发人员能够经过数字化传感器呼应,完成要害信号处理功用(如滤波、rms核算和电平检测器),运用辅佐I/O输出操控指示器灯的方法,以复杂性交换灵活性,或供给数字输出。

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