MEMS加速度傳感器在電機健康狀態監測上的應用

隨著工業4.0深入的推進，電機已經成為了工業生產中最主要的驅動設備，廣泛應用于各個生產領域。電機在長期運行中難免會產生一些故障，如何實時監測電機工作狀態，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信息，對電機振動進行實時監測可以有效的判斷電機的運行狀態，從而實現對電機故障及時診斷和預警，大大降低電機發生重大事故的概率，用客戶的話講就是“讓機器說話”。據ADI代理商Excelpoint世健公司介紹，世健已經為湖南、四川等多個地區的鋼鐵、風電等客戶搭建了從傳感器到云端的全套系統，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，傳統的電機振動監測主要選用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加速度傳感器產品上可以提供豐富的產品來滿足不同的振動頻率監測，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產品進行了對比：

1. 性能參數對比

2. 靈敏度和相移對比

3. 噪聲密度對比

經過對比不難發現，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，如果想繼續選用PZT傳感器，ADI也可以提供后續調理和數據采樣方案：

除了分立的傳感器、信號調理和數據采集方案外，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，能提供如下優異的監測性能：

? ±50 g 的測量范圍

? DC ~ 10 KHz的帶寬（5%的帶內平坦度）

? 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，我們可以發現ADI的工業級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，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于壓電傳感器，通過結合優化機械設計，ADI可以提供性能優異的完整解決方案和成套產品來滿足客戶的電機健康狀態的監測和診斷應用。Eason表示，作為一家技術型授權代理商，對于電機健康狀態監測應用，世健公司可以根據客戶的不同需求，提供從MEMS傳感器到無線傳輸（DUST）的全套解決方案，幫助縮短產品開發周期，加快產品應用部署。