Акселерометры на основе МЭМС (микроэлектромеханические системы) помимо всего прочего необходимы для обнаружения неисправностей и предотвращения неожиданных сбоев или других дорогостоящих событий в работе промышленного оборудования. Как инженер, перед которым стоит задача выбора и установки оптимальных датчиков для систем диагностического обслуживания, существует множество критических параметров, которые требуют тщательного рассмотрения, прежде чем сделать свой выбор, но эти факторы можно легко упустить из виду. Здесь мы рассмотрим некоторые из наиболее важных критериев, которые следует учитывать при выборе.
Диагностическое техническое обслуживание – это процесс использования датчиков для мониторинга механических систем на предмет потенциальных дефектов или повреждений, которые могут возникнуть. Оно используется для контроля дефектов шарикоподшипников, зубчатых передач, насосов и во многих других приложениях. Обычной практикой является использование множества различных датчиков для обеспечения оптимального мониторинга. С помощью таких датчиков можно заранее обнаружить любые аномалии и принять превентивные меры, чтобы избежать возможных повреждений или поломок. Одним из подходов является профилактическое обслуживание, которое можно использовать для прогнозирования потенциальных неисправностей в системе на основе данных, собранных по показаниям датчиков. Это помогает сократить время простоя и повышает эффективность операций. Хотя диагностическое техническое обслуживание использует множество сложных датчиков, таких как акселерометры, датчики температуры, магнитометры и микрофоны на основе МЭМС, в этой статье основное внимание уделяется МЭМС акселерометрам.
Акселерометры на основе МЭМС преобразуют механические вибрации в электрическое напряжение или цифровое значение. Датчик МЭМС состоит из подвижных и неподвижных кремниевых элементов, которые соединены между собой, образуя конденсатор, как показано на следующем изображении. Механическое движение заставляет подвижный элемент смещаться в сторону неподвижного элемента. Математически конструкцию можно описать как систему масса-пружина, в которой ускорение можно рассчитать на основе измеренной силы. В аналоговом МЭМС-датчике это значение затем можно преобразовать в напряжение. Цифровой датчик дополнительно использует встроенный аналого-цифровой преобразователь, который выдает цифровое значение.
Диапазон ускорений свободного падения (g)
Диапазон g МЭМС-датчика следует выбирать так, чтобы охватить все возникающие в системе ускорения. Если диапазон перегрузки датчика слишком мал, сигнал может быть ограничен. Это может привести к асимметричному сигналу/смещению результата измерения и, следовательно, к неправильной интерпретации ускорений. Гравитационным ускорением, которое датчик воспринимает как 1 g, здесь часто пренебрегают.
Полоса пропускания
Кроме того, частоты, на которых в системе возникают ускорения, следует рассматривать в сочетании с полосой пропускания. Раннее обнаружение дефектов, например, связанных с шарикоподшипниками, насосами и т. д., имеет важное значение в приложениях диагностического технического обслуживания. Первые признаки дефектов обычно появляются на высоких частотах. Если выбранная полоса пропускания слишком мала, дефекты даже не будут обнаружены. В этих приложениях ускорение является функцией квадрата частоты. Например, при смещении 250 нм и частоте 1 кГц фактическое ускорение составляет 1 g. Если это смещение происходит на частоте 10 кГц, оно приводит к фактическому ускорению в 100 g, или в 100 раз больше. Это означает, что для раннего обнаружения дефектов в системе необходимо выбрать датчик с достаточно широкой полосой пропускания и адекватным g-диапазоном. Для особо важных приложений ADI предлагает датчики с полосой пропускания до 24 кГц и силой 500 g.
Резонансная частота
Еще одним фактором, который следует учитывать при выборе полосы пропускания, является специфический резонанс датчика. Если ускорения возникают на резонансной частоте датчика, они усиливаются и в худшем случае могут исказить полезный сигнал и тем самым исказить результат измерения. Механическое демпфирование/фильтрация системы может решить эту проблему. Помимо полосы пропускания, низкий уровень шума также важен для обеспечения раннего обнаружения неисправностей или отклонений. Хорошие МЭМС акселерометры имеют минимальный уровень шума <100 мкг/√Гц.
Акселерометры на основе МЭМС теперь предлагают хорошую альтернативу пьезоэлектрическим датчикам. Благодаря широкой полосе пропускания до 24 кГц и низкому уровню шума МЭМС акселерометры хорошо подходят для прогнозирования и обнаружения возникновения дефектов, тем самым снижая частоту отказов системы, а также связанные с этим затраты.
© digitrode.ru