Тенденция развития мониторинга датчиков MEMS больше не будет ограничиваться мониторингом состояния.
МЭМС сенсорный монитор
Говоря о совмещении датчиков и машинного обучения, ранее упоминалось, что для мониторинга определенного устройства датчики стали объединять с машинным обучением для выполнения предсказуемого мониторинга состояния устройства. Конечно, наше внимание здесь сосредоточено не на машинном обучении, а на датчиках.

При мониторинге работы и состояния оборудования необходимо выбрать наиболее подходящий датчик, чтобы устройство могло точно получать информацию об оборудовании, а также обнаруживать, диагностировать и даже прогнозировать отказы. Возьмем в качестве примера промышленный двигатель.Повреждение подшипника является неисправностью, с которой часто можно столкнуться во время эксплуатации.Для обнаружения таких неисправностей чаще всего используются датчики вибрации и звукового давления. Неисправности в роторе, обмотке и т. д. в основном измеряются трансформатором тока при включенном двигателе.

Диапазон обнаружения датчика вибрации

Определение вибрации обычно можно использовать при обнаружении двигателя для обнаружения следующих неисправностей, состояния подшипников, зацепления шестерен, кавитации насоса, смещения двигателя, дисбаланса двигателя и состояния нагрузки двигателя. Для таких неисправностей, как несбалансированность и несоосность, требования к шумовым характеристикам сенсорных устройств не являются строгими, а требования к полосе пропускания должны достигать только 5-10-кратной основной частоты.Одновременное обнаружение нескольких осей, таких неисправностей, как дефекты подшипников и дефекты зубчатых колес. предъявляют чрезвычайно высокие требования к шуму и полосе пропускания.Диапазон шума должен контролироваться на уровне <100 мкг/√Гц, а требования к полосе пропускания >5 кГц.

Неисправности, такие как дисбаланс/несоосность двигателя, могут быть обнаружены во время вибрации двигателя; дефекты подшипников или шестерен менее очевидны, особенно на ранних стадиях, и их нельзя идентифицировать или предсказать только по увеличению частоты вибрации. Для устранения этих сбоев обычно требуется сопряжение датчиков вибрации с низким уровнем шума <100 мкг/√Гц и широкой полосой пропускания >5 кГц с высокопроизводительными сигнальными цепями, обработкой, приемопередатчиками и постпроцессорами.

Сравнение вибрации МЭМС и пьезоэлектрической вибрации

Акселерометры являются наиболее часто используемыми датчиками вибрации, а пьезоэлектрические акселерометры имеют низкий уровень шума и частоты до 30 кГц, что является их преимуществом. Частота акселерометров MEMS обычно составляет около 20 кГц, что более выгодно по стоимости, мощности и размеру. Приложения для определения состояния в последние годы быстро росли благодаря стремлению к беспроводным установкам, которые должны учитывать размер датчика, интеграцию и энергопотребление. Таким образом, хотя полоса пропускания и шумовые характеристики пьезоэлектрических акселерометров значительно выше, чем у МЭМС-акселерометров, при всестороннем рассмотрении все предпочитают МЭМС-акселерометры.
Тип датчика Полоса пропускания Шум Отклик по постоянному току
Пьезоакселерометр 2,5–30 кГц 1 мкг/√Гц–50 мкг/√Гц Нет
Акселерометр MEMS 3 кГц-20 кГц 25 мкг/√Гц-100 мкг/√Гц Да
(Сравнение MEMS и пьезоэлектрических)

При обнаружении, требующем широкой полосы пропускания и низкого уровня шума, оба датчика на самом деле имеют удовлетворительную полосу пропускания и низкий уровень шума, но акселерометры MEMS могут обеспечивать отклик по постоянному току, который недоступен в пьезоэлектрических акселерометрах. об/мин.
1
(акселерометр MEMS, ST)

Еще один момент заключается в том, что акселерометр MEMS имеет функцию самопроверки для проверки удобства использования самого датчика. Следует сказать, что меньший размер и более высокая степень интеграции акселерометров MEMS больше соответствуют текущей тенденции развития мониторинга состояния.

Акселерометры MEMS отслеживают другие более важные функции.

С точки зрения сравнения шума и полосы пропускания акселерометры MEMS не демонстрируют подавляющего преимущества перед пьезоэлектрическими датчиками, но с другой точки зрения возможности мониторинга на основе MEMS выдающиеся. В дополнение к упомянутому выше отклику по постоянному току, который может обнаруживать очень низкочастотные вибрации в ближнем диапазоне постоянного тока, более высокое разрешение, отличные характеристики дрейфа и чувствительность также более заметны, чем возможности пьезоэлектрического измерения.
2
(Модуль мониторинга акселерометра MEMS, ADI)

Высокочастотные акселерометры MEMS могут выдавать выходные сигналы далеко за пределы диапазона резонансных частот датчика для мониторинга частот за пределами полосы пропускания 3 дБ. Эта производительность зависит от выходного усилителя, который должен поддерживать полосу пропускания сигнала 70 кГц, чтобы поддерживать акселерометр для полного мониторинга диапазона разгона. Наложение шума неизбежно для усилителей, поэтому фильтры также необходимы.

Сочетание мониторинга состояния и машинного обучения по-прежнему остается большой тенденцией.

Существует много технологий, используемых для мониторинга и анализа вибрации, таких как цифровая фильтрация, частотный анализ и т. д. Независимо от того, какой метод анализа наиболее важен, как определить наиболее подходящую точку срабатывания сигнализации при мониторинге состояния. При объединении датчиков и машинного обучения ИИ с машинным обучением можно использовать в процессе выявления неисправностей для создания репрезентативной модели машины на основе данных с датчиков вибрации.После создания модели она загружается в локальный процессор, а затем во встроенное программное обеспечение. В режиме реального времени можно идентифицировать не только текущие события, но и переходные события, что позволяет обнаруживать аномалии.

Кроме того, мониторинг состояния с помощью ИИ может сопоставлять данные мониторинга вибрации с данными других датчиков, а предполагаемая информация о состоянии должна превышать объем данных, необходимых для технического обслуживания. Дальнейшее использование полученных данных может выполнять больше измерений анализа оборудования, а не только мониторинг одного состояния.