【導讀】MEMS加速度計對於檢測故障情況、幫助防止意外斷電或避免發生其他代價高昂的事件至關重要。作為一名負責為狀態監控(CbM)yingyongxuanzeheanzhuangheshichuanganqidegongchengshi，xuyaozaizuochuxuanzezhiqianzaixikaolvduogeguanjiancanshu，ranerzhexiecanshuchangchangbeihushi。benwenjiangtaolunninzaizuochuxuanzeshiyingtebieliuyideyixieguanjianbiaozhun。

問題:

為狀態監控選擇MEMS加速度計時，有哪些關鍵但經常被忽視的參數
？

答案:

在MEMS加速度計的選擇過程中
，經常被低估或忽視的關鍵參數有傳感器的量程、帶寬和諧振頻率。如果這些參數太低或僅能勉強滿足需求

，將會導致測量效果不理想。

簡介

MEMS加速度計對於檢測故障情況、幫助防止意外斷電或避免發生其他代價高昂的事件至關重要。作為一名負責為狀態監控(CbM)yingyongxuanzeheanzhuangheshichuanganqidegongchengshi，xuyaozaizuochuxuanzezhiqianzaixikaolvduogeguanjiancanshu
，ranerzhexiecanshuchangchangbeihushi。benwenjiangtaolunninzaizuochuxuanzeshiyingtebieliuyideyixieguanjianbiaozhun。

狀態監控

CbM是利用傳感器監測機械係統可能出現的潛在缺陷或損壞的過程。CbM用於監測滾珠軸承
、齒輪
、泵beng和he許xu多duo其qi他ta應ying用yong中zhong的de缺que陷xian。通tong常chang的de做zuo法fa是shi采cai用yong多duo種zhong不bu同tong類lei型xing原yuan理li的de傳chuan感gan器qi來lai確que保bao實shi現xian出chu色se監jian控kong效xiao果guo。使shi用yong此ci類lei傳chuan感gan器qi可ke以yi盡jin早zao發fa現xian異yi常chang情qing況kuang，並bing采cai取qu預yu防fang措cuo施shi以yi避bi免mian可ke能neng的de損sun壞huai或huo事shi故gu。一yi種zhong方fang法fa是shi預yu測ce性xing維wei護hu(PdM)

，根據從傳感器讀數收集到的數據來預測係統內的潛在故障。這有助於減少停機時間並提高運營效率。盡管在CbM應用中常常使用多種類型的傳感器，包括加速度計、溫度傳感器、磁力計和MEMS麥克風等
，但本文將特別關注MEMS加速度計。

MEMS加速度計

MEMS加速度計用於將機械振動轉換為電壓或數字值。MEMS傳感器由活動和固定的矽元件組成，它們相互交叉形成電容，如圖1a所suo示shi。機ji械xie運yun動dong會hui使shi得de活huo動dong元yuan件jian向xiang固gu定ding元yuan件jian移yi動dong。該gai結jie構gou在zai數shu學xue上shang可ke以yi描miao述shu為wei質zhi量liang彈dan簧huang係xi統tong
，其qi中zhong的de加jia速su度du可ke以yi根gen據ju測ce得de的de力li來lai計ji算suan。在zai模mo擬niMEMS傳感器中（圖1b），機械振動可以轉換為電壓。數字傳感器額外使用集成模數轉換器來輸出數字值，如圖1c所示。ADI公司提供類型豐富的MEMS加速度計，例如低噪底、高帶寬和多軸傳感器。

圖1.(a) MEMS結構，沿z軸運動；(b) MEMS模擬輸出；(c) MEMS數字輸出。

適用於CbM的MEMS加速度計的關鍵參數

量程

所選擇的MEMS傳感器的量程應涵蓋係統中出現的所有加速度。如果傳感器的量程太小，信號可能會被削波。這會導致測量結果出現不對稱信號/信號偏移

，導致出現加速度解讀誤差。在此過程中
，應在傳感器中記為1 g的重力加速度常被忽略。

帶寬

此外，還應結合帶寬考慮係統中出現的加速度所對應的頻率。缺陷的早期檢測

，例如與滾珠軸承
、泵等相關的缺陷
，在CbM應ying用yong中zhong至zhi關guan重zhong要yao。缺que陷xian的de最zui初chu跡ji象xiang通tong常chang出chu現xian在zai高gao頻pin頻pin譜pu。如ru果guo選xuan擇ze的de帶dai寬kuan太tai小xiao，則ze這zhe些xie缺que陷xian甚shen至zhi可ke能neng無wu法fa被bei檢jian測ce到dao。在zai此ci類lei應ying用yong中zhong，加jia速su度du是shi頻pin率lv平ping方fang的de函han數shu。例li如ru
，在zai位wei移yi為wei250 nm且頻率為1 kHz時

，實際加速度為1 g。如果此位移發生在10 kHz，則實際加速度為100 g，或者說比之前高出100倍。也就是說，為了能夠盡早發現係統中的缺陷
，必須選擇帶寬和量程足夠大的傳感器。為了滿足高度關鍵應用的需求，ADI公司提供帶寬高達24 kHz和量程達到500 g的傳感器。

傳感器諧振頻率

xuanzedaikuanshiyaokaolvdelingyigeyinsushichuanganqidexiezhen。dangjiasudufashengzaichuanganqidexiezhenpinlvshangshi，chuanganqidelingminduhuizengjia
，jinerzaochengkeyongxinhaoshizhendezaogaoqingkuang，yingxiangceliangjieguodezhunquexing。weixitongtigongjixiezuni/濾波可以解決這個問題。除帶寬外
，低本底噪聲對於實現故障或偏差的早期檢測也很重要。出色的MEMS加速度計的本底噪聲應小於100 µg/√Hz。

有關MEMS加速度計規格的完整概述，請參閱 加速度計規格——簡要定義。

結論

基於MEMS的加速度計現在可以很好地替代壓電傳感器。MEMS加速度計具有高達24 kHz的高帶寬和低本底噪聲，非常適合用於預測和檢測缺陷的早期跡象

，從而降低係統故障率和相關成本。ADI公司為CbM應用提供廣泛的傳感器選擇，包括 ADXL100x 和 ADXL356/ADXL357 。有關可用MEMS加速度計的更多信息，請訪問 我們的加速度計頁麵。

參考資料

Richard Anslow和Dara O'Sullivan。"選擇最佳的振動傳感器來進行風輪機狀態監控"。《模擬對話》，第54卷第3期
，2020年9月。

Chris Murphy。"為什麼MEMS加速度計正在成為設計人員在CbM應用中的最佳選擇"。ADI公司，2021年2月。

Pete Sopcik和Dara O'Sullivan。"傳感器性能如何實現狀態監控解決方案"。《模擬對話》，第53卷第6期
，2019年6月。

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