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电工技术基础 选择正确的加速度计，以进行预测性维护
创作者：Bertrand Campagnie ADI企业
传统式维护保养一般是保护性或改正性维护保养，一般 会占有非常大一部分产品成本。如今，应用IIoT（工业互联网）检测设备的身心健康情况有利于完成预测性维护，让领域工作人员可以预测分析常见故障，进而大幅度节约经营成本。
因为工业设备广泛完成智能化和数据共享，工业生产4.0得到完成，且已经助推生产设备转型。它如同一个游戏的规则的更改者，让生产流程越来越更为灵便，适用生产制造订制化商品，与此同时维持赢利。除此之外，智能化和工业互联网联接对维护保养也大有益处。应用感应器，尤其是加速度传感器以后，能够剖析设备的运作情况，而不是每过一段时间拆换破损的构件。在预测性维护架构内，仅有在发生一些初期预警信息病症时，作业者才必须开展干涉。这类对于设备身体状况的剖析被称作根据模式的监管（CbM），与根据一般 十分传统的固定不动时刻表的系统软件型维护保养系统软件对比，可以操纵维护保养成本费。除开维护保养实际操作方案更加灵便以外，还能在初期环节检验出难题，让操控工作人员可以由此分配设备的关机時间，相比生产流水线之外关机，这明显要好很多。
震动剖析：感应器的必要性
生产商应用多种多样主要参数来明确运行维护保养实际操作的時间，这种主要参数包含震动、噪音、溫度精确测量等。在可检测的标量中，震动频带精确测量可以对于转动设备（汽车发动机、产生器等）中的难题的根本原因给予数最多信息内容。出现异常震动可能是滚动轴承常见故障、轴误差、不平衡、过多疏松等难题。每一个难题都是自身独特的病症，比如转动设备的振荡源。
选用加速度传感器精确测量震动
震动精确测量能够应用存放在被检测元器件周围的加速度传感器开展。这类感应器能够是压阻式，还可以是MEMS种类，后面一种更具有优点，不但还可以在低頻率下给予更快的回应，并且体型精巧。
滚动轴承产生问题时，每一次钢珠触碰到裂开处，或是触遇到内环线或外环线的问题部位，便会出现碰撞，造成震动，乃至造成转动轴轻度挪动。碰撞产生的頻率由旋转速率，及其钢珠的数目和孔径决策。
但这不是所有！一旦常见故障发生，前边提及的碰撞有时会造成能够听到的响声，即震波，主要表现为低动能谱份量和相对性较高的頻率，一般 超过5 kHz，并且一直远远地超出基本上的转动頻率。仅有低噪音、带宽测试加速度传感器（比如ADI企业的ADXL100x）才可以精确测量与第一个常见故障数据信号相对性应的频带线。针对相频特性较低或噪音较高的商品没法传感到的难题，这种加速度传感器能够给予一些珍贵信息内容。伴随着难题恶变，低动能谱份量持续提升。到中后期，新手入门加速度传感器就可以检验出震动，但到这时，处理常见故障会越来越刻不容缓，维护保养精英团队必须在很短期内进行反映。为了更好地防止措不及防，应用低噪音、带宽测试加速度传感器在最开始发现异常的情况下就开展检验可以说尤为重要。
图1.根据难题种类的频带特点。滚动轴承常见故障的第一个征兆产生在高频率频带
与给予模拟输出的ADXL100x系列商品不一样，ADXL35x系列商品能够给予数据輸出，用以简单化与微处理器的插口。
供消费电子产品应用的入门商品，比如ADXL34x（ADXL343/ADXL344/ADXL345/ADXL346）或超功耗低ADXL36x （ADXL362/ADXL363）加速度传感器并不具有足够达到高质量预测性维护规定的网络带宽或噪音特性。
这种新手入门商品不但局限了目前设施的确诊工作能力，并且还很大地限定了用以开发设计将来确诊解决方法的数据资料的易用性。
可是，他们则是精确测量设备主题活动的极好挑选，比如，用以测算实际操作时数，并在需要时运行维护保养——并不是预测性维护，只是保护性维护保养。这种加速度传感器的功能损耗极低，因而能够根据动能数据采集器或根据充电电池供电系统。
假如仅仅必须检测和精确测量设备忽然产生的碰撞，ADXL37x系列商品（ADXL372/ADXL375/ADXL377）便是梦想的挑选。因为碰撞很有可能只能更改设备的精密度或运作情况，因此 它很有可能会运行（比如）改正性维护保养，以改正很有可能产生的难题。
从部件到详细控制模块
如前所述，ADXL100x系列具备宽带网络宽和低噪音特性。可是，他们选用双轴，必须配置有关的解决电子产品。为了更好地简单化设计方案，
ADI企业带来了一套详细的解决方法，选用ADcmXL3021型号规格执行三轴精确测量。这个3.3 V电源电压商品包含三个根据ADXL1002的精确测量链、一个温度感应器、一个CPU和一个FIFO。全部设备封裝在一个铝壳（23.7 mm×26.7 mm×12mm）内，能够及时安裝在转动设备上。该商品的全规格为±50 g，具备仅25 μg/√Hz的极低噪音水准和10 kHz网络带宽，这种特性使其可以在很多运用中捕获震动特点。
表1.ADcmXL3021和ADXL100x系列特别适合CbM运用。
图2.ADcmXL3021控制模块，特别适合用以执行预测性维护
SmartMesh：适用IIoT的互联网，特别适合用以执行预测性维护
wifi网络尤其合适用以从震动传感器搜集维护保养数据信息。它的速率不用多快，但务必充足健硕，可以在一般 十分噪杂、且选用金属构件、传导性耳聋比较差的工业生产环境中运行。它还需要可以从很多感应器采集数据信息，而这种感应器不一定十分挨近数据信息监控软件。为了更好地达到这一要求，ADI企业发布SmartMesh? IP工业生产Mesh网络，该互联网功能损耗低，且具备非常高的抗扰性。最后一个规范针对维护保养控制模块十分关键，为其供电系统的动能数据采集器或锂电务必运作5到十年，正中间不可以开展拆换。SmartMesh IP网络根据6LoWPAN规范（IEEE 802.15.4e），特别适合IIoT，且根据紧紧围绕2.4 GHz传送的特有协议书搭建。该解决方法包括LTC5800光端机或预验证的LTP590x控制模块，十分便于执行。
图3.SmartMesh IP网络特别适合用以执行IIoT和预测性维护实际操作
应用各种各样工艺来确保传送稳定性超过99.999%，包含同歩、安全通道振荡和时间格式，及其对于Mesh网络的动态性重新部署，在数据信号最迅猛的地区仅应用RF途径。
为什么不有求于人工智能技术呢？
现阶段存有多种多样可靠性分析技术性。除开数字滤波被用以摆脱步骤自身或是由设备的其它部件造成的内寄生震动以外，还能够应用数学软件开展輔助，比如ADcmXL3021中包括的专用工具（测算均值、相对标准偏差、波峰焊要素、峰度等）。剖析还可以在频域中开展，但頻率剖析才算是给予数最多有关出现异常及出现异常缘故的消息的剖析。頻率剖析乃至可用以测算被泛化为数据信号频带中频带的倒谱（反方向傅里叶变换被用来测算数据信号傅里叶变换的多数）。可是，不管采用哪一种统计分析方法，艰难之处取决于明确最好报警阀值，以使维护保养实际操作既不容易过早也不会太晚。
能够选用一种方式 取代传统式的报警阀值配备，即在常见故障鉴别工作流程中引进人工智能技术。在深度学习环节，云资源被用以根据来源于震动传感器的数据信息建立象征性的设备实体模型。实体模型建立成功以后，能够免费下载至当地CPU。应用嵌入式开发不但能够即时鉴别已经出现的事情，还能够鉴别暂态事情，进而可以检验出现异常。
表2.改正性、保护性和预测性维护的费用比照
转动设备中的振荡源
转动设备常常碰到的一个难题便是滚动轴承发生常见故障。对从置放在滚动轴承周边的加速度传感器获得的数据信息开展频谱分析，能够得到很多特点线、震幅和頻率，他们都由转动的速率和难题缘故决策。
上述系统软件的特征频率包含：
?除开这种頻率特点外，钢珠翻过缺点部位（裂开、脱落等）所造成的震波还会继续造成高频率震动（》5 kHz），有时候乃至能够听见。
图4.滚动轴承
?N：钢珠总数
?Φ：触碰视角
?faxle：轴的转动頻率
?d：钢珠直徑
?D：钢珠的均值直徑
关于新服务项目
除开为预测性维护搭建实体模型以外，人工智能技术和云浏览还开始了通往众多概率的大门口。将震动精确测量信息与来源于别的控制器的数据信息（工作压力、溫度、转动、输出功率等）密切相关，能够推测有关系统状态的很多信息内容，远超过维护保养需要的信息量。将数据资料合拼能够进一步提升机器设备实体模型，不但可用以检验机械设备常见故障，还可以解决难题（比如，空输送皮带、內部沒有流出透明液体的泵、没有膏状的切换阀等）。因而，我们可以考虑到机器设备生产商根据将机器设备供货、维护保养，及其对加工线的性能指标和难题执行的数据分析融合起來，为她们的最后顾客带来的各种服务项目。配置了感应器控制模块以后，基本上的电机遇变成 互联网大数据定义的关键参加者。
批注
Bertrand Campagnie在ADI企业工作中已超出22年。他以前部门管理运用精英团队，如今承担工业生产、诊疗和消费电子产品行业的战略顾客。Bertrand有着格勒诺布尔国立大学高等物理院校工程项目学士学位和微电子技术深入分析学历。
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