【導讀】探(tan)索(suo)基(ji)於(yu)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)手(shou)持(chi)式(shi)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)工(gong)具(ju)在(zai)用(yong)於(yu)基(ji)於(yu)狀(zhuang)態(tai)的(de)預(yu)測(ce)性(xing)維(wei)護(hu)時(shi)的(de)優(you)勢(shi)和(he)局(ju)限(xian)性(xing)
，以(yi)及(ji)完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)和(he)可(ke)靠(kao)的(de)振(zhen)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)優(you)勢(shi)。

探(tan)索(suo)基(ji)於(yu)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)手(shou)持(chi)式(shi)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)工(gong)具(ju)在(zai)用(yong)於(yu)基(ji)於(yu)狀(zhuang)態(tai)的(de)預(yu)測(ce)性(xing)維(wei)護(hu)時(shi)的(de)優(you)勢(shi)和(he)局(ju)限(xian)性(xing)，以(yi)及(ji)完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)和(he)可(ke)靠(kao)的(de)振(zhen)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)優(you)勢(shi)。

精密工業過程越來越依賴於電機和相關機械的高效和一致運行。機械中的不平衡、缺陷、peijiansongdongheqitayichangtongchanghuizhuanhuaweizhendong，ranhoushijingdusunshiyijianquanwenti。ruguobujiayijiejue
，chulexingnengheanquanwentiwai
，ruguoshebeixuyaolixianweixiu，shengchanlisunshijiangbukebimian。

jiyuzhuangtaideyucexingweihushibimianshengchanlisunshideyizhiqiejingguoyanzhengdefangfa
，danzhezhongfangfadejiazhiyuqifuzaxingxiangpipei。xianyoufangfacunzaijuxianxing，tebieshizaifenxizhendongshuju（無論如何收集）和隔離誤差源時。

現xian有you的de數shu據ju收shou集ji方fang法fa包bao括kuo安an裝zhuang在zai機ji器qi上shang的de簡jian單dan壓ya電dian傳chuan感gan器qi和he手shou持chi式shi數shu據ju收shou集ji工gong具ju。這zhe些xie方fang法fa有you許xu多duo局ju限xian性xing
，特te別bie是shi與yu可ke以yi嵌qian入ru機ji器qi上shang或huo機ji器qi中zhong並bing自zi主zhu行xing動dong的de完wan整zheng檢jian測ce和he分fen析xi係xi統tong的de理li想xiang解jie決jue方fang案an相xiang比bi。本ben文wen將jiang進jin一yi步bu探tan討tao這zhe些xie局ju限xian性xing以yi及ji與yu理li想xiang的de比bi較jiao。

測量的可重複性

手持式振動探頭具有一些實現優勢
，例如不需要對終端設備進行任何修改，並且鑒於其大（磚）chicun
，tamenxiangduigaodujicheng，yunxuzugoudechulihecunchu。raner
，yigezhuyaodexianzhishiceliangdekezhongfuxing。tantouweizhihuojiaodudeweixiaochayihuichanshengbuyizhidezhendongquxian，shishijianbijiaobuzhunque。yinci，weihujishurenyuanmianlindewentishi，guanchadaoderenhezhendongpianyishiyouyujiqineibudeshijibianhua，haishijinjinshiceliangjishudebianhua。lixiangqingkuangxia，chuanganqijijincouyoujicheng，zuyiyunxuzhijieheyongjiuqianruganxingqudeshebeizhong。

測量時間表

手shou持chi式shi探tan頭tou方fang法fa的de另ling一yi個ge限xian製zhi是shi缺que乏fa對dui麻ma煩fan的de振zhen動dong偏pian移yi的de實shi時shi通tong知zhi。大da多duo數shu基ji於yu壓ya電dian陶tao瓷ci的de傳chuan感gan器qi也ye是shi如ru此ci，這zhe些xie傳chuan感gan器qi通tong常chang處chu於yu非fei常chang低di的de集ji成cheng度du（在某些情況下僅為傳感器），數據傳輸到其他地方以供以後分析。這些設備需要外部幹預，因此為錯過事件/班次提供了機會。另一方麵
，自主傳感器處理係統包括傳感器
、分析、存儲和報警功能
，並且仍然足夠小，可以嵌入
，提供最快的振動偏移通知
，以及顯示基於時間的趨勢的最佳能力。

了解數據

隻有采用頻域分析，才能實現嵌入式傳感器實時通知的理想（如前所述）。任何給定的設備通常具有多個振動源
，例如軸承缺陷、不bu平ping衡heng和he齒chi輪lun齧nie合he，以yi及ji設she計ji來lai源yuan，例li如ru鑽zuan頭tou或huo機ji械xie壓ya力li機ji在zai其qi正zheng常chang運yun行xing過guo程cheng中zhong產chan生sheng振zhen動dong。對dui設she備bei進jin行xing基ji於yu時shi間jian的de分fen析xi會hui產chan生sheng複fu雜za的de波bo形xing，將jiang多duo個ge源yuan組zu合he在zai一yi起qi，在zaiFFT分析之前提供很少的可識別信息。大多數基於壓電陶瓷的傳感器解決方案依賴於FFT的外部計算和分析。這不僅消除了實時通知的可能性，而且還給設備開發人員帶來了巨大的額外設計負擔。通過在傳感器上嵌入FFTfenxi，keyilijijiangzhendongpianyigelidaotedinglaiyuan。jianyuwanquanjichenghezizhuchuanganqidewanzhengxinghejiandanxing
，zhezhongwanquanjichengdechuanganqiyuanjianhaikeyijiangshebeishejirenyuandekaifashijiansuoduan 6 到 12 個月。

訪問數據

嵌入式FFT分fen析xi假jia設she模mo擬ni傳chuan感gan器qi數shu據ju已yi經jing過guo調tiao理li並bing轉zhuan換huan為wei數shu字zi數shu據ju，因yin此ci數shu據ju傳chuan輸shu大da大da簡jian化hua。事shi實shi上shang，目mu前qian使shi用yong的de大da多duo數shu振zhen動dong傳chuan感gan器qi解jie決jue方fang案an都dou是shi模mo擬ni輸shu出chu，導dao致zhi傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong信xin號hao衰shuai減jian，更geng不bu用yong說shuo已yi經jing討tao論lun過guo的de離li線xian數shu據ju分fen析xi的de複fu雜za性xing。鑒jian於yu大da多duo數shu需xu要yao振zhen動dong監jian測ce的de工gong業ye設she備bei往wang往wang存cun在zai於yu嘈cao雜za
、移動、難nan以yi接jie近jin甚shen至zhi危wei險xian的de環huan境jing中zhong，人ren們men強qiang烈lie希xi望wang不bu僅jin要yao降jiang低di接jie口kou布bu線xian的de複fu雜za性xing
，還hai要yao在zai源yuan頭tou執zhi行xing盡jin可ke能neng多duo的de數shu據ju分fen析xi，以yi盡jin可ke能neng準zhun確que地di捕bu獲huo設she備bei振zhen動dong的de表biao示shi。

多少數據

許xu多duo現xian有you的de傳chuan感gan器qi解jie決jue方fang案an都dou是shi單dan軸zhou壓ya電dian傳chuan感gan器qi。這zhe些xie壓ya電dian傳chuan感gan器qi不bu提ti供gong方fang向xiang性xing信xin息xi
，因yin此ci限xian製zhi了le對dui設she備bei振zhen動dong曲qu線xian的de理li解jie。缺que乏fa方fang向xiang性xing意yi味wei著zhe需xu要yao非fei常chang低di噪zao聲sheng的de傳chuan感gan器qi

，這zhe也ye會hui影ying響xiang成cheng本ben。基ji於yu三san軸zhouMEMS的傳感器的可用性，如果每個軸的精度對齊，可以顯著提高隔離振動源的能力，同時可能降低成本。

探測點

傳感器的放置位置問題至關重要，但高度依賴於設備類型、環(huan)境(jing)甚(shen)至(zhi)設(she)備(bei)的(de)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)。由(you)於(yu)現(xian)有(you)的(de)高(gao)成(cheng)本(ben)傳(chuan)感(gan)器(qi)元(yuan)件(jian)將(jiang)探(tan)測(ce)點(dian)的(de)數(shu)量(liang)限(xian)製(zhi)在(zai)幾(ji)個(ge)或(huo)一(yi)個(ge)

，因(yin)此(ci)放(fang)置(zhi)更(geng)加(jia)關(guan)鍵(jian)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)要(yao)麼(me)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)的(de)前(qian)期(qi)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)，要(yao)麼(me)通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)確(que)定(ding)最(zui)佳(jia)放(fang)置(zhi)，要(yao)麼(me)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)會(hui)導(dao)致(zhi)要(yao)捕(bu)獲(huo)的(de)數(shu)據(ju)的(de)數(shu)量(liang)和(he)質(zhi)量(liang)有(you)所(suo)妥(tuo)協(xie)。以(yi)現(xian)有(you)成(cheng)本(ben)的(de)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)存(cun)在(zai)更(geng)完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)探(tan)頭(tou)，可(ke)以(yi)允(yun)許(xu)每(mei)個(ge)係(xi)統(tong)放(fang)置(zhi)多(duo)個(ge)探(tan)頭(tou)
，減(jian)少(shao)前(qian)期(qi)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)/成本，或者隻是更少和更便宜的傳感器。

設備生命周期轉變

無wu論lun采cai用yong何he種zhong技ji術shu
，傳chuan感gan器qi元yuan件jian都dou是shi一yi個ge重zhong要yao的de考kao慮lv因yin素su，但dan通tong常chang更geng關guan鍵jian的de是shi傳chuan感gan器qi信xin號hao調tiao理li和he處chu理li。信xin號hao調tiao理li和he處chu理li不bu僅jin特te定ding於yu獨du特te的de設she備bei，而er且qie特te定ding於yu設she備bei的de生sheng命ming周zhou期qi。這zhe轉zhuan化hua為wei傳chuan感gan器qi設she計ji中zhong的de幾ji個ge重zhong要yao考kao慮lv因yin素su。早zao期qi的de模mo數shu轉zhuan換huan（即
，在傳感器頭，而不是在設備外）允許在係統內配置/調整。理想的傳感器將提供一個簡單的可編程接口，通過快速基線數據捕獲、過濾操作
、警(jing)報(bao)編(bian)程(cheng)和(he)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)位(wei)置(zhi)的(de)實(shi)驗(yan)來(lai)簡(jian)化(hua)設(she)備(bei)設(she)置(zhi)。對(dui)於(yu)現(xian)有(you)的(de)簡(jian)單(dan)傳(chuan)感(gan)器(qi)

，隻(zhi)要(yao)它(ta)們(men)可(ke)在(zai)設(she)備(bei)設(she)置(zhi)中(zhong)配(pei)置(zhi)，仍(reng)然(ran)必(bi)須(xu)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)置(zhi)中(zhong)做(zuo)出(chu)一(yi)些(xie)妥(tuo)協(xie)，以(yi)適(shi)應(ying)設(she)備(bei)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)內(nei)維(wei)護(hu)問(wen)題(ti)的(de)變(bian)化(hua)。例(li)如(ru)，傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)否(fou)應(ying)配(pei)置(zhi)為(wei)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)可(ke)能(neng)性(xing)較(jiao)小(xiao)的(de)早(zao)期(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)
，還(hai)是(shi)在(zai)故(gu)障(zhang)不(bu)僅(jin)可(ke)能(neng)而(er)且(qie)可(ke)能(neng)更(geng)有(you)害(hai)時(shi)配(pei)置(zhi)為(wei)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)結(jie)束(shu)？首(shou)選(xuan)方(fang)法(fa)是(shi)係(xi)統(tong)內(nei)可(ke)編(bian)程(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)允(yun)許(xu)對(dui)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)中(zhong)的(de)變(bian)化(hua)進(jin)行(xing)配(pei)置(zhi)。例(li)如(ru)
，在(zai)早(zao)期(qi)生(sheng)命(ming)期(qi)間(jian)不(bu)經(jing)常(chang)監(jian)測(ce)最(zui)低(di)功(gong)耗(hao);一旦觀察到偏移（警告閾值），則重新配置為頻繁（用戶編程周期）監控;除了對用戶編程的報警閾值進行連續監控和中斷驅動通知外。

識別變化/趨勢

之zhi前qian關guan於yu使shi傳chuan感gan器qi適shi應ying設she備bei生sheng命ming周zhou期qi變bian化hua的de討tao論lun在zai某mou種zhong程cheng度du上shang取qu決jue於yu對dui基ji線xian設she備bei響xiang應ying的de了le解jie。即ji使shi是shi簡jian單dan的de模mo擬ni傳chuan感gan器qi也ye可ke以yi做zuo到dao這zhe一yi點dian，假jia設she操cao作zuo員yuan進jin行xing測ce量liang，進jin行xing離li線xian分fen析xi，並bing將jiang這zhe些xie數shu據ju離li線xian存cun儲chu
，並bing正zheng確que標biao記ji到dao特te定ding設she備bei和he探tan頭tou位wei置zhi。一yi種zhong首shou選xuan且qie不bu易yi出chu錯cuo的de方fang法fa將jiang允yun許xu在zai傳chuan感gan器qi頭tou存cun儲chu基ji線xianFFT，congerxiaochurenhecuofangshujudekenengxing。jixianshujuhaiyouzhuyujianlibaojingjibie，lixiangqingkuangxia，gaijibiejiangzhijiezaichuanganqishangjinxingbiancheng，yincizaijiancedaojinggaohuoguzhangtiaojianderenhehouxushujufenxi/捕獲中
，可以生成實時中斷。

文檔/可追溯性

在(zai)出(chu)廠(chang)設(she)置(zhi)中(zhong)，適(shi)當(dang)的(de)振(zhen)動(dong)分(fen)析(xi)程(cheng)序(xu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)手(shou)持(chi)式(shi)探(tan)頭(tou)或(huo)嵌(qian)入(ru)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)監(jian)測(ce)數(shu)十(shi)甚(shen)至(zhi)數(shu)百(bai)個(ge)位(wei)置(zhi)。在(zai)給(gei)定(ding)的(de)設(she)備(bei)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)內(nei)，這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)產(chan)生(sheng)捕(bu)獲(huo)數(shu)千(qian)條(tiao)記(ji)錄(lu)的(de)需(xu)求(qiu)。預(yu)測(ce)性(xing)維(wei)護(hu)計(ji)劃(hua)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)取(qu)決(jue)於(yu)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)集(ji)點(dian)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)時(shi)間(jian)的(de)正(zheng)確(que)映(ying)射(she)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)低(di)風(feng)險(xian)和(he)最(zui)有(you)價(jia)值(zhi)的(de)數(shu)據(ju)，除(chu)了(le)嵌(qian)入(ru)式(shi)存(cun)儲(chu)外(wai)，傳(chuan)感(gan)器(qi)還(hai)應(ying)具(ju)有(you)唯(wei)一(yi)的(de)序(xu)列(lie)號(hao)和(he)為(wei)數(shu)據(ju)添(tian)加(jia)時(shi)間(jian)戳(chuo)的(de)能(neng)力(li)。

可靠性

前麵的討論重點介紹了改進現有基於傳感器的振動監測方法的方法
，以實現預測性維護。但是，如果傳感器出現故障（性能偏移），而不是設備，該怎麼辦？或者，如果使用完全自主的傳感器（如理想情況所述）進(jin)行(xing)操(cao)作(zuo)，我(wo)們(men)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)繼(ji)續(xu)工(gong)作(zuo)的(de)信(xin)心(xin)有(you)多(duo)大(da)？對(dui)於(yu)許(xu)多(duo)現(xian)有(you)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，例(li)如(ru)基(ji)於(yu)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)存(cun)在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)限(xian)製(zhi)
，因(yin)為(wei)簡(jian)單(dan)的(de)壓(ya)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)係(xi)統(tong)內(nei)自(zi)檢(jian)。人(ren)們(men)總(zong)是(shi)對(dui)隨(sui)時(shi)間(jian)記(ji)錄(lu)的(de)數(shu)據(ju)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)缺(que)乏(fa)信(xin)心(xin)，在(zai)報(bao)廢(fei)關(guan)鍵(jian)監(jian)控(kong)階(jie)段(duan)，實(shi)時(shi)故(gu)障(zhang)通(tong)知(zhi)對(dui)時(shi)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，並(bing)且(qie)可(ke)能(neng)是(shi)一(yi)個(ge)重(zhong)大(da)的(de)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)
，因(yin)此(ci)總(zong)是(shi)擔(dan)心(xin)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。高(gao)置(zhi)信(xin)度(du)預(yu)測(ce)性(xing)維(wei)護(hu)計(ji)劃(hua)的(de)一(yi)個(ge)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)是(shi)能(neng)夠(gou)遠(yuan)程(cheng)自(zi)檢(jian)傳(chuan)感(gan)器(qi)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)，這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)些(xie)基(ji)於(yu)MEMS的傳感器來實現。嵌入式數字自檢功能將縮小可靠振動監測係統的最後差距。

ADI公司的ADIS16227是完全自主頻域振動監測器的一個例子，能夠解決前麵討論的所有十個關鍵問題。ADIS16227具有嵌入式頻域處理

、512點實值FFT和he板ban載zai存cun儲chu功gong能neng
，能neng夠gou識shi別bie和he分fen類lei各ge個ge振zhen動dong源yuan
，監jian控kong其qi隨sui時shi間jian的de變bian化hua

，並bing對dui可ke編bian程cheng閾yu值zhi電dian平ping做zuo出chu反fan應ying。該gai器qi件jian提ti供gong可ke配pei置zhi的de頻pin譜pu報bao警jing頻pin段duan和he窗chuang口kou選xuan項xiang，允yun許xu通tong過guo配pei置zhi6個頻段（警報1（警告閾值）和警報2（故障閾值）來分析全頻譜，以便更早、更準確地檢測問題。其核心是基於MEMS的三軸寬帶寬（22 kHz諧振）傳感器，具有可配置的采樣率（高達100 kHz）和平均/抽取選項，可以更準確地評估微小的振動曲線變化。MEMS傳感器提供數字自檢模式

，為功能和數據完整性提供持續的信心。其緊湊的 15 mm 立(li)方(fang)體(ti)配(pei)置(zhi)完(wan)全(quan)嵌(qian)入(ru)且(qie)可(ke)編(bian)程(cheng)，可(ke)以(yi)放(fang)置(zhi)在(zai)靠(kao)近(jin)振(zhen)動(dong)源(yuan)的(de)位(wei)置(zhi)

，並(bing)以(yi)可(ke)重(zhong)複(fu)的(de)方(fang)式(shi)早(zao)期(qi)檢(jian)測(ce)小(xiao)信(xin)號(hao)。這(zhe)避(bi)免(mian)了(le)由(you)於(yu)使(shi)用(yong)手(shou)持(chi)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)時(shi)的(de)位(wei)置(zhi)/耦合差異而導致的數據差異。

yinruwanquanjichengqiekekaodezhendongchuanganqi
，juyouzizhuhekepeizhicaozuodenengli，shiyucexingweihujihuakaifarenyuannenggouxianzhetigaoshujushoujiguochengdezhilianghewanzhengxing，erbushouguoquzhendongfenxifangfadexianzhihetuoxie。pingjiegaojichengduhejianhuadekebianchengjiekou，zhexiexinxingchuanganqikeyigengqingsongdicaiyongzhendongchuangan，eryiqianjinxianyushaoshujuyoushushinianjiqizhendongfenxijingyandegaojinengjishurenyuan。

(來源：中電網，作者：Bob Scannell）

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