制造商可以使用振動傳感器來監控機械，預測零件故障，從而避免代價高昂的損壞和生產力損失。

被動的、可避免的設備維修是工業制造運營生產力損失的主要原因。平均售價僅為幾美元的零件一旦出現故障，制造商的維修和未實現收入可能會花費許多倍。在最壞的情況下，未檢測到的故障可能會級聯到整個系統，造成廣泛的損壞并引發重大且代價高昂的生產中斷。從歷史上看，制造商一直依靠預防措施來保持其生產車間的正常運行。

雖然預防性維護比事后維修有所改進，但通常需要昂貴的服務合同，并且最終確保設備持續正常運行時間的能力有限。考慮轉動 200 英尺風力渦輪機葉片的轉子軸承。緊急維修和現場維護是昂貴的，在這種情況下，甚至可能是危險的，因為技術人員需要在高海拔地區工作。此外，如果渦輪機連接到當地市政當局的電網，計劃外停機可能會導致能源生產損失，并可能中斷電力服務。

一種新的工業傳感技術通過使用一種預測零件故障的預測性維護形式來幫助制造商優化其設備。雖然存在許多形式的工業傳感，但振動傳感可能是最有效和最有效的。根據位于加利福尼亞州卡馬里奧的預測性維護產品和服務提供商 Lindsay Engineering 的一項研究，振動傳感提供的投資回報率是定期更換齒輪或機油等步驟的三倍（見圖 1）。

圖1.旋轉機械中的振動通常發生在 6 KHz 至 10 KHz 的頻率下。

振動分析的優勢

振動分析通常用于旋轉機械，以檢測可能導致振動變化的軸承松動或磨損、設備不對中或低液位。通常，這種振動發生在6 kHz和10 kHz之間的頻率。其他數據也可以在更高的頻率下獲得，但由于響應的大小，通常很難測量，并且需要昂貴的技術，如超聲波。通過測量該頻率范圍并監控響應變化，制造商可以在最方便的時候安排維護或關閉設備，以免零件損壞到可能導致代價更高的二次系統故障的程度。

此外，各種統計公式，如平均故障時間 （MTTF） 和平均故障間隔時間 （MTBF），可用于預測系統的使用壽命。使用這些公式以及來自系統的原始數據，客戶可以直接關注潛在問題。例如，使用MTTF，您會發現某個軸承具有很高的故障程度。您可以使用振動傳感器仔細監控該特定機器和軸承，以確保不會發生故障。

實現工業振動傳感的兩種最常見方法是使用傳感器系統改造現有設備，或與定期進行設備測試的第三方服務簽訂合同。后一種選擇可能很昂貴，定期檢查不如直接在設備上安裝傳感器有效。系統安裝方法為制造商提供了持續監控，但也存在歷史局限性。

當今的大多數振動傳感器通常在5 kHz帶寬以下工作，這明顯低于可以檢測到大多數設備故障的頻率。此外，傳統傳感器通常基于高壓壓電技術，需要笨重的金屬罐封裝，并且這些器件需要頻繁校準并且不容易大批量生產。此外，它們通常處于低集成水平，需要大量的外部調節和處理才能提取有用的數據。

微機電系統方法

基于微機電系統（MEMS）的振動傳感器正在成為傳統傳感方法的重要替代方案，因為對早期和成本更低的預測性維護替代方案的需求增加。最重要的是，任何替代解決方案都必須在更高更寬的頻率范圍內工作，這對于早期檢測至關重要。例如，ADI公司提供寬帶寬MEMS傳感器產品組合（ADXL001、ADIS16220、ADIS16223和ADIS16227），具有22 kHz諧振帶寬和高采樣速率，非常適合機器健康應用。 它們允許系統操作員在遭受代價高昂的損壞之前很久就識別故障設備。

振動監測的復雜性，特別是捕獲振動曲線的準確表示，然后正確解釋數據，是高度復雜的學科。對于許多希望實施振動監測的人來說，最佳解決方案遠遠超出了傳感器元件的范圍。大部分復雜性在于數據分析，其中典型的基于時間的設備分析會產生一個復雜的波形，該波形結合了多個誤差源，并且在FFT分析之前提供很少的可識別信息。

大多數基于壓電陶瓷的傳感器解決方案依賴于FFT的外部計算和分析。這種方法消除了實時通知的可能性，大大增加了設備開發人員的設計負擔。ADI公司ADIS16227振動監測器等專用MEMS傳感器解決了這種復雜性，具有嵌入式頻域處理、512點實值FFT和板載存儲功能，能夠識別和分類各個振動源，監控其隨時間的變化，并對可編程閾值電平做出反應。

該器件還包括可配置的頻譜報警頻段和窗口選項，允許通過配置六個頻段、Alarm1（警告閾值）和 Alarm2（故障閾值）來分析全頻譜，以便更早、更準確地檢測問題。

為了確保準確的數據采集，人們強烈希望實現嵌入式和自主傳感。在適當的集成級別（即傳感器分析、存儲和報警功能）下，傳感器系統可以嵌入到更靠近潛在誤差源的位置，從而更準確地表示機器振動，并顯著降低接口復雜性，例如布線、異地分析和數據捕獲調度。ADIS16227等器件是完整的數據轉換和傳感器處理解決方案，可通過串行外設接口（SPI）訪問處理后的寬帶寬傳感器數據。這些器件提供對用戶編程報警閾值的連續監控和中斷驅動通知，以及安排（用戶編程）定期喚醒和記錄電源問題的操作的能力。

審核編輯：郭婷