图2 现有的设备振动偏移监控手动探头方法缺乏可重复性和可靠性
测量的频率和时间安排
在高价值设备的生产设施中,例如制造敏感电子器件时,过程监控极为有益。这种情况下,装配线的微小偏移不仅可能导致工厂生产率下降,而且可能使最终设备的关键规格发生偏移。手持式探头方法的另一个明显的局限是无法实时指出有问题的振动偏移。多数压电传感器同样如此,其集成度一般非常低(某些情况下仅有一个传感器),需要将数据传送到其它地方进行分析。这些器件需要外部干预,因此可能会错过一些事件和振动偏移。自治传感器处理系统则不然,它内置传感器、分析、存储和报警功能,同时仍然小到足以嵌入设备中,能够在第一时间告知振动偏移,并且最佳地显示基于时间的状态趋势。
了解数据
上述嵌入式传感器发出实时通知的构想,只有采用频域分析才能实现。通常,任何设备都有多种振动源,如轴承缺陷、不平衡和齿轮啮合等,此外还有设计带来的振动源,例如钻孔机或压制机在正常工作过程中产生的振动。基于时间的分析会产生一个综合所有这些振动源的复杂波形,在进行FFT分析之前,它提供的信息难以辨别。多数压电传感器解决方案依赖外部FFT计算和分析。这不仅使得实时通知毫无可能,而且将大部分额外设计工作推给了设备开发商。但是,如果传感器内嵌FFT分析功能,就能即时确定振动偏移的具体来源。这样一种完全集成的传感器元件还能缩短设备开发商6到12个月的开发时间,因为它功能完备、简单有效、自治工作。
数据访问和传输
嵌入式检测能够完美地提供精确实时的趋势数据,但这并不会提高向远程过程控制器或操作员传输数据的复杂性。嵌入式FFT分析的前提显然也是模拟传感器数据已经过调理并转换为数字数据,以便简化数据传输。事实上,目前使用的多数振动传感器解决方案仅提供模拟输出,导致信号质量在传输过程中降低,更不用说离线数据分析的复杂性(上文已讨论)。考虑到要求振动监控的多数工业设备往往存在于高噪声、运动、无法接近、甚至危险的环境中,因此业界迫切希望降低接口线缆的复杂性,并且同样在源端执行尽可能多的数据分析工作,以便捕捉到尽可能准确的设备振动状态信息。具有无线传输能力的传感器节点不仅有利于立即访问,而且可大大简化传感器网络的部署并显著降低成本。
数据方向性
现有的许多传感器解决方案是单轴压电传感器。这些传感器不提供方向信息,因而会限制我们对设备振动剖面的了解。缺乏方向性导致需要噪声非常低的传感器以便提供所需的分辨能力,这又会影响成本。多轴MEMS传感器则不同,如果各轴精密对准,确定振动源的能力将大幅提高,同时也有助于降低成本。
传感器的位置和分布
设备的振动剖面非常复杂,随时间而变化,并且还会因设备材料和位置不同而有所差异。确定在哪里放置传感器当然非常重要,其主要决定因素是设备类型、环境和设备的寿命周期。采用现有的高成本传感器元件时,探测点仅限于几个或一个,这个问题显得更加重要。这会导致前期开发时间显著延长,因为需要通过反复实验来确定最佳位置。但在大多数情况下,其后果是采集的数据量和数据质量会受到影响。幸运的是,现在已有集成度更高而成本大幅降低的传感器探头可用,每个系统可以放置多个探头,从而缩短前期开发时间和成本,或者使用数量更少、成本更低的探头就能满足要求。
适应寿命周期变化