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降低机器维护成本MEMS加速度计振动监测

时间:2019-08-15 19:03:13 来源:互联网 阅读:0次

  随着微机电系统(MEMS)加速度计功耗、尺寸不断精进,且成本日益降低,愈来愈多工业机器设备制造商,利用此一元件来实现振动监测,藉此分析机器运作是否异常,从而避免机器发生故障或安全事故,并降低维运成本和停机时间。

  因为维护与安全的考量,用于监测机器正常性的传统仪器往往会采用压电技术,但是微电机系统(MEMS)加速度计为新使用者的新兴族群提供易于整合与较低的成本。振动感测的新采用者将会发现快速部署及所有权的合理成本,都是用于评估整合式MEMS元件的好理由。

  MEMS感测器实现创新产品

  惯性MEMS感测器在现今的个人电子装置大举扩张中扮演重要角色。它们所具有的小尺寸、低功率、易于整合、高位准功能及优越性能等的特点,使得像是智慧型、游戏控制器、动作追踪器,以及数位相框等创新产品获得推动与实现。 此外,惯性MEMS感测器也确实改善可靠度,并降低汽车安全系统成本,让他们能够部署在大多数的汽车当中。

  功能整合以及性能等方面的持续进步,也促使MEMS加速度计与陀螺仪进入许多不同工业系统当中。部份应用会提供成本较低的替代方案以提出产品与服务,而其他应用方面则正开始将惯性感测加以整合。

  振动监测是随着同时具有两种类型使用者的应用而兴起。为维护与安全,用于监测机器正常性的传统仪器往往会采用压电技术。高速自动化设备要监测振动状态,藉以触发润滑、速度、或是皮带 等的反馈控制,抑或是关闭设备以做为对于维护人员的快速提醒。

  虽然压电装置拥有成熟的使用群,但是MEMS加速度计为新使用者的新兴族群提供了易于整合性与较低的成本。

  此外,他们的先进功能整合让像是具备嵌入式射频(RF)发射接收器的ADIS6229数位MEMS振动感测器这类型的元件,能够提供包括讯号处理与通讯在内的完整解决方案。

  此类型的可编程元件能周期性的将自己唤醒,撷取时间域振动资料,在资料纪录上执行快速傅立叶转换(FFT),在FFT结果上施予使用者可设定组态的光谱分析,在有效的无线传输上提供简单的通过/失败结果,存取资料与结果,接着再返回休眠状态。振动感测的新采用者将会发现快速部署,以及所有权的合理成本都是用于评估完全整合式MEMS元件的好理由。

  振动监测协助观察机器典型损耗

  在利用振动来观察机器正常性时,其目的是要将可观察到的振动与典型的耗损机构相关联,例如轴承、齿轮、链条、皮带、轴、线圈及阀门等。在一般机器当中,至少有其中一项的机构是须经常性维护。图1为三个针对耗损机构的振动与时间关系的范例。虽然要开发出此类型的关联需要时间与经验,但是良好关联的振动标志对于遵循短周期时间的经常性维护而言将会是一个节省成本的替代方案。

  图1 振动与时间的对应范例

  透过实际的观察(像是振动)可提供一个在侦测到警示状况时(A曲线)采取快速行动的机会,同时又能够避免在机器还有较多运作寿命时的过早维护(B与C曲线)。

  图1中也显示两组警示设定(警告、危急以及三阶段的机器维护周期(前期、中期、后期)。警告位准定义在一般运作下振动,此处所观察到的振动并没有包含针对机器或是支援人员的潜在危机征兆。当处于正常范围时,有些仪器能够支援非经常性的振动量测。

  危急位准代表机器设备正处于严重损坏风险当中,将会对支援人员或是环境造成不安全的状况。机器操作员希望避免在此位准运作,且通常会将机器关机。

  当振动处于警告位准以上但是低于危急位准以下时,机器仍然可执行其任务,但必须要更频繁的观察,且可能会须额外的维护。

  有时候,此三种作业区域(一般、警示、危急)可和机器维护周期的三阶段:前期寿命、中期寿命、后期寿命相互关联,在它们可能影响振动监测策略的情况下。

  举例来说,在前期寿命期间,仪器可能只需要每日、每周或是每月对于关键振动属性加以观察即可;在进入到中期寿命时,便可能要改成每小时观察;而当接近到后期寿命时,振动监测可能会更加频繁发生,特别是在人员或是资产处于风险的情况。

  于后期寿命阶段,使用可携式设备监测振动的机器将会累积经常性的费用,与维护成本相较下有可能会变得过高。虽然主要的资产有理由给予特别注意,但是许多其他仪器却无法容忍经常性的费用。为补强手动量测的不足,以MEMS为基础的嵌入式感测器为需即时振动资料的设备提供更具效率的方案。

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