PDF《Analog Dialogue》

3 GHz、可变增益LNA,集成500 mW驱动放大器 ADL5246 16位隔离式Σ-?型调制器.AD7403 宽带正交调制器,集成小数N分频PLL和4个VCO ADRF6720 嵌入式Black n?处理器.ADSP-BF51xF16 双通道、3 MHz、800mA降压稳压器 ADP5133 整数N分频/小数N分频PLL频率合成器 ADF4155 模拟对话杂志(www.analog.com/zh/analogdialogue)是ADI公司于1967 年创办的技术杂志, 至今已经连续出版48年, 主要讨论有关模拟信号、 数 字信号和混合信号处理产品、 应用、 技术和技巧. 模拟对话杂志目前提供 两种版本. 在线版每月发行一期;

印刷版每年发行四期. 作为对在线版中 技术文章的定期回顾和汇集. 在线版的内容包括: 技术文章;

近期应用笔 记、 新产品简介、 在线研讨会、 已发表文章等及时信息;

以及 集锦 栏目, 其中包括从ADI网站(www.analog.com/zh)获得重要相关信息的通用链接 网址. 感兴趣的读者也可以至Analog Dialogue档案库www.analog.com/ library/analogdialogue/china/archives.html查阅自1967年第1卷第1期创 刊至今的每期存档, 包括三期纪念特刊. 如需订阅, 请访问www.analog. com/library/analogDialogue/china/subscribe.html. 欢迎提出您的宝贵 意见: Facebook: www.facebook.com/analogdialogue;

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电子邮件: dialogue.editor@ analog.com或编辑Scott Wayne, [[email protected]]. 第48卷第2期3MEMS振动监控简介 作者:Mark Looney 简介 MEMS惯性传感器在当今的众多个人电子设备中发挥着重要作用. 小尺寸、低功耗、易集成、强大功能性和卓越性能,这些因素促使 着智能手机、游戏控制器、活动跟踪器、数码相框等装置不断创 新.此外,MEMS惯性传感器用于汽车安全系统可显著提高系统 可靠性,并降低系统成本,使汽车安全系统能够应用于大多数汽车. 功能集成度和性能的不断发展也有助于将MEMS加速度计和陀螺仪 应用于许多不同的工业系统.其中一些应用成为现有产品和服务的 低成本替代品,而其他应用则开始率先集成惯性感测功能.作为拥 有两类用户的应用,振动监控也正方兴未艾.出于维护和安全需求 而用于监控机械健康状况的传统仪器仪表通常采用压电技术.高速 自动化设备对振动进行监控,以触发对润滑、速度或皮带张力的反 馈控制,或者关闭设备以便于维修人员快速检查. 尽管压电器件拥有成熟的用户群,但MEMS加速度计为新兴的用 户群提供了轻松集成、降低成本等优势.另外,MEMS加速度计 先进的功能集成允许在ADIS16229数字MEMS振动传感器等器件 中集成嵌入式RF收发器,从而实现一种集信号处理和通信功能于 一体的完整解决方案.此类可编程器件可以定期自动唤醒,捕获 时域振动数据,对数据记录执行快速傅里叶变换(FFT),对FFT 结果进行用户可配置的频谱分析,通过高效的无线传输线路提供 简单的通过/失败结果,存取数据和结果,然后返回休眠状态.振 动检测的新用户们认为,快速部署以及合理的拥有成本是选用完 全集成式MEMS器件的重要原因. 振动监控应用 利用振动观察机器健康状况旨在将可观察到的振动与典型的磨损机 制关联起来,比如轴承、齿轮、链条、皮带、刷子、轴、线圈和阀 门.在一台典型机器中,至少有一种磨损机制需定期维护.图1展 示了正常磨损机制振动与时间关系的三个例子.尽管确定这种关系 需要时间和经验,但关联得当的振动特征不失为短周期定期维护的 低成本替代方案.利用实际观察结果,比如振动,可在检测到报警 条件(红色曲线)时快速采取行动,同时还能避免对使用寿命未到期 的机器过早进行维护(蓝色和绿色曲线). 图1同时还展示了机器维护周期的两种报警设置(报警、关键)以及 三个阶段(早期、中期、末期).报警水平规定了正常运行期间的 最大振动频率,其中,观察到的振动不含对机器或技术支持人员 的潜在危险.在正常范围时,可以使用一些仪表测量偶尔出现的 振动.临界水平表示,资产存在严重受损的风险,从而给技术支 持人员或环境带来不安全因素.显然,机器操作员希望在这一水 平时避免操作机器,并通常会停止使用机器.当振动超过报警水 平但低于临界水平时,机器仍可以继续工作,但应该提高观察频 率,并可能需要进行额外的维护. 有时候,这三个操作区(正常、报警、临界)可以对应于机器维护周 期的三个阶段:早期、中期、末期,每个阶段的振动监控策略可能 会有所不同.例如,在早期,可能只需要每天、每周或每月观察仪 器的主要振动属性.进入中期时,可能需要每小时观察一次,而在 接近末期时,振动监控的频率可能还要更高,尤其是在人员或资产 处于危险的情况下.在该阶段,利用便携式设备进行振动监控的机 器,其重复成本将逐渐增加,与维护成本相比,可能高得让人望而 却步.虽然有必要对重要资产进行特殊关照,但许多其他仪器却是 无法承受这种重复成本.作为人工测量的补充,嵌入式MEMS传感 器为要求实时振动数据的设备提供了更为经济高效的方法. EARLY LIFE CRITICAL WARNING NROMAL MIDLIFE TIME VIBRATION END OF LIFE 图1. 振动与时间关系示例. 振动的性质 振动是一种重复的机械运动.在开发振动检测仪器时,需考虑多 个重要属性.首先,振荡运动往往同时具有线性和旋转元件.大 多数振动检测关系都倾向于关注振荡幅度,而非绝对位置跟踪,因此,线性传感器(如MEMS加速度计)对于捕获运动信息而言足够了. 当主要为线性运动时,了解运动方向就显得极为重要,尤其是在 使用单轴传感器时.相反,3轴传感器具有更高的安装灵活性,因 为正交方向可以在一个或更多轴上拾取,而不受振动方向的影响. 由于振动具有周期性,因此,频谱分析是确定振动曲线特性(振动 幅度与频率关系)的一种简便办法.图2所示曲线同时有宽带和窄 带成分,主体振动频率约为1350 Hz,还有4个谐波和一些低电平 宽带成分.每一件活动设备都有其自己的振动曲线,而窄带响应 一般表示设备的自然频率. VIBRATION (mg) FREQUENCY (Hz) PRIMARY/NATURAL FREQUENCY HARMONICS SPREAD SPECTRUM CONTENT