介紹

基于狀態(tài)的監(jiān)控 (CbM) 涉及使用傳感器監(jiān)控機器或資產(chǎn)以測量當前的健康狀況。預(yù)測性維護 (PdM) 包括 CbM、機器學(xué)習(xí)和分析等技術(shù)，用于預(yù)測即將發(fā)生的機器或資產(chǎn)故障。在監(jiān)測機器的健康狀況時，選擇最合適的傳感器以確保能夠檢測、診斷甚至預(yù)測故障至關(guān)重要。

最好的 PdM 策略是有效地利用盡可能多的技術(shù)和傳感器來及早檢測故障，并且具有很高的置信度，因此沒有一種傳感器適合所有人的解決方案。在這里，我們將試圖闡明為什么預(yù)測性維護傳感器對于早期檢測 PdM 應(yīng)用程序中的故障至關(guān)重要，以及它們的優(yōu)缺點。

系統(tǒng)故障時間表

圖 1顯示了從安裝新電機到電機故障的事件模擬時間線以及推薦的預(yù)測性維護傳感器類型。安裝新電機時，它在保修期內(nèi)。幾年后，保修期滿，此時將實施更頻繁的人工巡檢團。

圖 1：機器健康狀況與時間關(guān)系圖顯示了在電機通過保修周期時檢測到故障的預(yù)期時間。（來源：Analog Devices）

如果在這些定期維護檢查之間出現(xiàn)故障，則可能會出現(xiàn)計劃外停機。在這種情況下，至關(guān)重要的是擁有正確的預(yù)測性維護傳感器來盡早檢測潛在故障。因此，我們將專注于振動和聲學(xué)傳感器。振動分析通常被認為是 PdM 的最佳起點。

傳感器和系統(tǒng)故障注意事項

工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中超過 90% 的旋轉(zhuǎn)機械都使用滾動軸承。電機故障部件的分布表明，在選擇 PdM 傳感器時，重點關(guān)注軸承監(jiān)測至關(guān)重要。為了檢測、診斷和預(yù)測潛在故障，振動傳感器必須具有低噪聲和寬帶寬能力。

表 1顯示了與旋轉(zhuǎn)機器相關(guān)的一些最常見故障以及用于 PdM 應(yīng)用的一些相應(yīng)的振動傳感器要求。為了盡早檢測到故障，PdM 系統(tǒng)通常需要高性能傳感器。資產(chǎn)上使用的預(yù)測性維護傳感器的性能水平與資產(chǎn)在整個過程中持續(xù)可靠運行的重要性以及資產(chǎn)的成本相關(guān)。

表 1：機器故障和振動傳感器注意事項的簡要概述（來源：Analog Devices）

PdM 傳感器

微機電系統(tǒng) (MEMS) 超聲波麥克風(fēng)分析能夠在可聞噪聲增加的情況下監(jiān)測復(fù)雜資產(chǎn)中的電機健康狀況，因為它可以收聽非可聽頻譜（20kHz 至 100kHz）中的聲音，而那里的聲音要少得多噪音。低頻可聽信號的波長通常在大約 17 毫米到 17 米長的范圍內(nèi)。高頻信號的波長范圍從大約 3 毫米到 16 毫米長。當波長的頻率增加時，能量增加，使超聲波更具指向性。這在試圖查明軸承或外殼中的故障時非常有用。

加速度計是最常用的振動傳感器，振動分析是應(yīng)用最廣泛的 PdM 技術(shù)，主要用于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，如渦輪、泵、電機和齒輪箱。表 2顯示了在選擇高性能 MEMS 振動和聲學(xué)傳感器與黃金標準壓電振動傳感器時需要考慮的一些關(guān)鍵規(guī)格。

表 2：預(yù)測性維護傳感器性能規(guī)格

*MEMS 加速度計模塊的成本可能超過 30 美元，但它們是全系統(tǒng)解決方案，而所有其他引用的部件都只是傳感器。
**關(guān)鍵：最差、中等、最佳

雖然很難推薦在 PdM 系統(tǒng)中使用單個振動傳感器，但加速度計有成功的歷史，并且會繼續(xù)發(fā)展和改進。Analog Devices 提供一系列 MEMS 加速度計，包括通用、低功耗、低噪聲、高穩(wěn)定性和高g，以及圖 2所示的智能邊緣節(jié)點模塊。ADcmXL3021三軸振動傳感器是專用 PdM 模塊解決方案的一個很好的例子。Analog Devices 率先將一系列支持 PdM 的 MEMS 加速度計（20kHz+ 帶寬，25μg /√Hz 噪聲密度）推向市場，并且仍然是唯一一家具有這些性能水平的 MEMS 加速度計供應(yīng)商。

圖 2：具有集成 ADC、處理器、FFT 和統(tǒng)計功能的三軸 MEMS CbM 模塊，以及諧振頻率超過 50kHz 的機械封裝。（來源：Analog Devices）

在為您的 PdM 解決方案選擇最合適的振動傳感器時，真正的挑戰(zhàn)在于配對傳感器以滿足資產(chǎn)最可能的潛在故障模式。MEMS 麥克風(fēng)尚未被證明足夠穩(wěn)健，無法在最惡劣的環(huán)境中可靠地檢測所有基于振動的故障模式。相比之下，作為振動傳感行業(yè)標準的加速度計已成功實施并可靠地運行了幾十年。MEMS 超聲波麥克風(fēng)在檢測軸承故障方面表現(xiàn)出比加速度計更早的有前途的性能，這種潛在的共生關(guān)系可以為您未來的資產(chǎn)振動分析需求提供最佳 PdM 解決方案。

選擇最合適的預(yù)測性維護傳感器 博客由 Chris Murphy 撰寫，最初發(fā)布在 www.analog.com 上。Chris Murphy 和 Paul Golata 修改了 mouser.com 的博客。

審核編輯黃昊宇