Обнаружение вибрации промышленного оборудования стало ключевым компонентом профилактического обслуживания. Изменения в вибрационных сигналах могут отражать потенциальные неисправности, такие как износ подшипников, аномальное зацепление шестерен и дисбаланс ротора. MEMS-датчики (микроэлектромеханические системы), благодаря своим преимуществам миниатюризации, высокой чувствительности и низкой стоимости, постепенно вытесняют традиционные пьезоэлектрические датчики и становятся основной технологией для обнаружения вибрации. Ниже представлены основные области применения и технические характеристики MEMS-датчиков в системах обнаружения вибрации промышленного оборудования.

1. Основные сценарии применения

(1) Мониторинг вращающихся механизмов в промышленном оборудовании

Для промышленного оборудования, такого как двигатели, насосы, вентиляторы, компрессоры, редукторы, генераторы и турбины, MEMS-датчики вибрации могут обнаруживать вибрации, вызванные неравномерным распределением массы во вращающихся компонентах, а также вибрации, возникающие из-за смещения осей валов в местах соединений (включая параллельное и угловое смещение). При обнаружении неисправностей подшипников MEMS-датчики вибрации выявляют начальные повреждения в подшипниках качения или скольжения (такие как точечная коррозия, сколы, трещины и износ).

(2) Мониторинг состояния и прогнозирующее техническое обслуживание

MEMS-датчики вибрации имеют малые размеры и низкое энергопотребление, что делает их идеальными для установки на ответственное оборудование с целью непрерывного сбора данных о вибрации и обеспечения онлайн-мониторинга состояния. Анализируя изменения тренда, спектральные характеристики (такие как характерные частоты неисправностей), анализ огибающей и т. д. сигналов вибрации, можно обеспечить раннее предупреждение о отказах оборудования.

(3) Обнаружение ударных и переходных процессов

MEMS-акселерометры обладают широкополосной характеристикой отклика (отклик на постоянный ток) и могут обнаруживать такие события, как удар, столкновение и переходные вибрации, вызванные открытием и закрытием клапанов, которые могут привести к повреждению оборудования или указывать на потенциальные проблемы.

2. Технические преимущества MEMS-датчиков (по сравнению с традиционными пьезоэлектрическими датчиками вибрации)

Сверхнизкая стоимость MEMS-датчиков является наиболее важным фактором, определяющим их широкомасштабное внедрение. Цена значительно ниже, чем у традиционных промышленных датчиков вибрации, что делает экономически целесообразным размещение большого количества датчиков на одном устройстве или в нескольких точках измерения. Чрезвычайно низкое энергопотребление MEMS-датчиков делает их идеально подходящими для беспроводных сенсорных сетей с питанием от батарей, обеспечивая длительную работу без технического обслуживания. MEMS-датчики имеют небольшие размеры и малый вес, практически не оказывая влияния нагрузки (массового эффекта) на измеряемый объект. Они отличаются гибкостью в методах установки, таких как склеивание и магнитное притяжение, что делает их особенно подходящими для небольших устройств или в условиях ограниченного пространства.

3. Потенциальные проблемы и важные меры предосторожности

Ограничение высокочастотной характеристики MEMS-датчиков является основным недостатком MEMS-датчиков в области обнаружения вибраций. Традиционные пьезоэлектрические датчики легко охватывают диапазон частот 10 кГц и даже выше (например, 40 кГц), в то время как промышленные MEMS-датчики обычно обеспечивают плоскую характеристику в диапазоне 3–10 кГц. Это снижает способность обнаруживать ранние отказы подшипников сверхвысокой скорости (характеристическая частота неисправности которых может быть высокой) или высокочастотных компонентов зацепления зубчатых передач и требует тщательного выбора моделей датчиков на основе характеристического частотного диапазона тестируемого оборудования. Кроме того, стандартные бытовые или промышленные MEMS-датчики обычно работают при температурах от -40 °C до +85 °C или +105 °C. Для некоторых промышленных условий (например, вблизи двигателей, турбин) могут потребоваться специализированные высокотемпературные MEMS-датчики (до +125 °C и даже выше) или меры изоляции. Пьезоэлектрические датчики обычно имеют более широкий диапазон выбора температур.

4. Изделия на основе MEMS-датчиков вибрации

MEMS-датчик вибрации ACM-1000 производства Micro-Magic Inc. разработан в соответствии с промышленными стандартами и использует технологию цифровой фильтрации для эффективного снижения шума измерений и повышения точности измерений. Подходит для различных областей применения, таких как вибрационные испытания, испытания на удар, испытания на сотрясение и т. д.

Прибор ACM-1000 может напрямую выдавать данные о скорости, угле, амплитуде (смещении), частоте и температуре вибрации объекта по трем осям, а также определять наличие повреждений измеряемого объекта (мост, вентилятор, подшипник вращающегося оборудования, измерение вибрации и мониторинг в реальном времени), что упрощает анализ данных для пользователей. Например, датчики вибрации могут заблаговременно выявлять неисправности машин, вызванные поломками валовой системы (износ лопаток, динамический дисбаланс, неправильная центровка), неисправностями подшипников (повреждение подшипников, плохая смазка, столкновение подшипников, ослабление подшипников), неисправностями трансмиссии (износ шестерен, износ ремней, износ муфт, точечная коррозия и отслоение зубьев) и т. д., чтобы подавать сигналы тревоги и предотвращать дальнейшую работу машины в неблагоприятных условиях и причинение ей повреждений.

Показатели производительности ACM-1000

Кроме того, компания Micro-Magic Inc. выпустила серии высокоточных акселерометров ACM-100, ACM-200 и ACM-300, предназначенных для различных сценариев применения и подходящих для множества отраслей промышленности, таких как вибрационные испытания, ударные испытания, мониторинг усталости и прогнозирование. Это позволяет клиентам гибко настраивать оборудование в соответствии с различными сценариями применения.

Заключение

MEMS-датчики совершают революцию в области обнаружения вибрации промышленного оборудования благодаря своим существенным преимуществам в стоимости, низкому энергопотреблению, малым размерам и простоте цифровой интеграции. Они значительно снижают порог для мониторинга состояния и прогнозирующего технического обслуживания, делая возможным непрерывный мониторинг более широкого спектра устройств и большего количества точек измерения, особенно в анализе вибрации в средне- и низкочастотном диапазоне (например, дисбаланс, несоосность, преждевременный выход из строя подшипников, ослабление креплений и т. д.) и в создании крупномасштабных беспроводных сетей мониторинга.

• Предыдущий пост

  Настройка порога блокировки при пониженном напряжении понижающего преобразователя напряжения

• Следующий пост

  Принцип работы бутстрепного конденсатора микросхемы понижающего преобразователя напряжения