遠(yuǎn)程監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)使企業(yè)能夠保護(hù)其底線，防止未經(jīng)授權(quán)篡改遠(yuǎn)程安裝的資產(chǎn)，以及確定制造設(shè)備需要調(diào)整的最初跡象。振動(dòng)傳感可以提供任何角色的寶貴智能，無論是簡(jiǎn)單地觸發(fā)警報(bào)還是能夠詳細(xì)分析機(jī)器的磨損。

許多技術(shù)可用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)。只需在金屬銷周圍纏繞彈簧即可創(chuàng)建低成本的閾值傳感器。當(dāng)受到振動(dòng)時(shí)，彈簧接觸銷并關(guān)閉開關(guān)。另一方面，多軸MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器具有大帶寬和寬動(dòng)態(tài)范圍，適用于監(jiān)控機(jī)器健康狀況。

基本防盜

可以使用簡(jiǎn)單的防拆檢測(cè)器低成本硬件，如MikroElektronika Vibra Sense點(diǎn)擊板，其中包含一個(gè)簡(jiǎn)單的閾值傳感器。該板具有數(shù)字輸出，能夠指示檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度，并可設(shè)置為中斷。板載電位器使用戶可以調(diào)整中斷閾值。 Vibra Sense板提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來實(shí)現(xiàn)防篡改或防盜機(jī)制，能夠啟動(dòng)對(duì)游戲或自動(dòng)售貨機(jī)傾斜等事件的響應(yīng)，或試圖移除幾乎任何類型的無人監(jiān)督的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這可能包括安裝在室外的設(shè)備，如交通柜臺(tái)，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器，氣象記錄儀或任何其他用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備。

Vibra Sense傳感器通過標(biāo)準(zhǔn)MikroBus直接連接到嵌入式處理器板頭?；贏tmel，賽普拉斯，Microchip，恩智浦，意法半導(dǎo)體和德州儀器等制造商的知名微控制器，提供各種MikroElektronika計(jì)算板。所有MikroElektronika編譯器的代碼示例均可從MikroElektronika的Libstock網(wǎng)站獲得。

監(jiān)控設(shè)備性能

如果目標(biāo)是監(jiān)控工業(yè)機(jī)械的健康狀況，則需要更詳細(xì)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。振動(dòng)可能由于過度磨損，不平衡或配件松動(dòng)等缺陷造成，需要在過程控制變得不可接受之前進(jìn)行糾正，或者最終導(dǎo)致機(jī)器無法使用。為了避免任何一種情況導(dǎo)致的生產(chǎn)率損失，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行糾正性維護(hù)，但這可能是昂貴且具有破壞性的。最近，設(shè)備操作員已開始采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)來定制維護(hù)活動(dòng)以滿足各個(gè)設(shè)備的需求。將振動(dòng)數(shù)據(jù)與軸承，齒輪，鏈條，皮帶，電刷，軸，線圈或閥門等機(jī)構(gòu)的典型磨損行為相關(guān)聯(lián)，使設(shè)備操作員能夠在檢測(cè)到警告條件時(shí)快速采取措施。

現(xiàn)在，通常使用安裝在機(jī)器上的簡(jiǎn)單壓電傳感器或使用手持式數(shù)據(jù)采集器來執(zhí)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。兩種方法都有缺點(diǎn)：低噪聲壓電傳感器價(jià)格昂貴且僅捕獲有限的信息，而手持設(shè)備引入了操作人員的費(fèi)用，并且如果探針每次都沒有放置在完全相同的位置，則可以損害測(cè)試的可重復(fù)性。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高精度多軸MEMS慣性傳感器的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以使用永久固定在機(jī)器上的振動(dòng)傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

MEMS及更多模塊

ADI公司的振動(dòng)傳感解決方案可解決直接在機(jī)器上實(shí)施振動(dòng)監(jiān)測(cè)的本地處理和連接挑戰(zhàn)。 ADIS16227和ADIS16228是完整的振動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)模塊，結(jié)合了三軸MEMS加速度傳感和所需的所有功能(圖1)，可捕獲和分析MEMS信號(hào)，并通過SPI提供結(jié)果，從而可輕松傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)。緊湊的尺寸使模塊可以安裝在機(jī)器上合適的位置。使用SPI或定時(shí)器信號(hào)或其他外部觸發(fā)，可以使系統(tǒng)定期喚醒，在兩個(gè)軸上記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，生成光譜記錄，提供對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果的訪問，然后返回休眠狀態(tài)。顯然，這種類型的傳感器比前面描述的簡(jiǎn)單傾斜/閾值傳感器更復(fù)雜，能夠生成詳細(xì)的量化數(shù)據(jù)以及簡(jiǎn)單的通過/未通過閾值結(jié)果。

圖1：在傳感器中進(jìn)行完整的光譜振動(dòng)分析。

能夠執(zhí)行時(shí)域分析，包括抽取濾波和選擇性窗口，以及隨后的頻域，包括每個(gè)軸的512點(diǎn)快速傅里葉變換(FFT)，通過FFT平均來最小化噪聲影響，系統(tǒng)能夠跟蹤隨時(shí)間的變化，從而監(jiān)控機(jī)器的健康狀況。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)使得危險(xiǎn)的振動(dòng)模式能夠與機(jī)器的正常操作引起的其他振動(dòng)隔離，例如銑削或切削過程。從安裝在任何給定機(jī)器上的傳感器捕獲和存儲(chǔ)基線數(shù)據(jù)有助于識(shí)別機(jī)器性能的重大變化或趨勢(shì)。

由于所有信號(hào)分析都在設(shè)備本地進(jìn)行，因此傳輸噪聲等影響無法實(shí)現(xiàn)污染感測(cè)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，從而降低準(zhǔn)確性。該模塊的嵌入式功能還減少了系統(tǒng)開發(fā)人員的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，并減輕了主機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。在大多數(shù)情況下，任務(wù)簡(jiǎn)化為識(shí)別正常，警告或關(guān)鍵狀態(tài)的過程。

傳感器集成了多個(gè)用戶可配置的設(shè)置，例如動(dòng)態(tài)范圍，靈敏度和比例，以及窗口選項(xiàng)包括漢寧，矩形和平頂窗戶，常用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)。 FFT平均可最小化振動(dòng)噪聲基底，以便測(cè)量低幅度振動(dòng)。這允許識(shí)別振動(dòng)輪廓的甚至微妙變化。圖2說明了如何處理原始數(shù)據(jù)以生成光譜記錄。

圖2：光譜分析有助于區(qū)分感興趣的振動(dòng)模式。

ADIS16228/PCBZ評(píng)估板使用ADIS16228幫助加速機(jī)器健康應(yīng)用的開發(fā)。該板通過16針雙排傳感器提供對(duì)傳感器模塊的訪問，并具有安裝孔，使電路板可以固定到要監(jiān)控的系統(tǒng)框架上。評(píng)估軟件允許通過PC與傳感器系統(tǒng)模塊進(jìn)行交互，并允許訪問設(shè)備以讀取寄存器內(nèi)容，設(shè)置警報(bào)以及寫入和捕獲數(shù)據(jù)。教程和視頻說明也可用于協(xié)助項(xiàng)目開發(fā)。

圖3：ADIS16228評(píng)估套件簡(jiǎn)化了機(jī)器健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用的開發(fā)。

結(jié)論

高度集成易于使用的智能傳感器將MEMS設(shè)備與信號(hào)處理相結(jié)合，簡(jiǎn)化了工業(yè)中振動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，有可能提高設(shè)備可靠性和使用壽命，同時(shí)還可降低維護(hù)成本并提高生產(chǎn)率。此外，通過方便和免許可的RF通信遠(yuǎn)程訪問來自多個(gè)通道的數(shù)據(jù)，可以將振動(dòng)監(jiān)控作為IIoT應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

需要簡(jiǎn)單的閾值監(jiān)控，例如傾斜或者篡改檢測(cè)，像Vibra Sense這樣的低成本解決方案可以有效，經(jīng)濟(jì)且易于實(shí)施。