在當(dāng)今以互聯(lián)互通和設(shè)備間無縫數(shù)據(jù)共享為特征的工業(yè)時代，要求加速度計具有無線傳輸,、數(shù)字輸出（如IO-Link）,、傳感器級別的數(shù)據(jù)邊緣處理等功能日益成為預(yù)防性維護領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。但不管傳感器數(shù)據(jù)輸出的技術(shù)如何進步,，機器健康監(jiān)測中傳感技術(shù)仍然是兩種,，即：壓電傳感和電容式MEMS（微機電系統(tǒng)）。

    在消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域,，MEMS加速度計因其具有的低成本,、頻率范圍低至0Hz等特性而廣受歡迎。而在機械健康監(jiān)測領(lǐng)域,，對傳感器的要求卻有極大的不同,。寬頻探測能力對實現(xiàn)故障早期報警至關(guān)重要。MEMS傳感器可探測的低頻振動通常和滾動軸承失效后期有關(guān)，因此,，單純依靠MEMS加速度計進行機械健康監(jiān)測可能會導(dǎo)致報警遲誤,，設(shè)備產(chǎn)生重大損壞。為確保早期發(fā)現(xiàn)潛在隱患,，避免災(zāi)難性故障,，壓電式傳感器成為。

    本文將對這兩種主流的傳感器類型進行對比,，并評估其在常見故障對應(yīng)的頻率范圍內(nèi)的性能,。

一、頻率范圍的重要性

    為說明傳感器寬頻探測能力的重要性,，下面我們考慮軸承失效的四個階段相關(guān)的振動頻率,。

1.第一階段

   在軸承失效的初始階段，開始出現(xiàn)狀態(tài)惡化的跡象,，表現(xiàn)為金屬間的碰撞,，通常是由缺乏潤滑引起,。這個階段,，軸承的振動頻率屬于超聲頻率，范圍大約在1200k至3600k CPM (20,000~60,000Hz),，通常只能用尖峰能量或沖擊脈沖儀器才能探測到,。在失效早期對潤滑或?qū)χ袪顟B(tài)進行評估，能夠防止產(chǎn)生重大問題,。相反,，如果不進行干預(yù)，損壞就會發(fā)展,，進入失效的第二個階段,。

2.第二階段

    在失效的第二個階段，第一階段中的損傷開始變得顯著,。微小缺陷引起安裝的加速度計產(chǎn)生諧振響應(yīng),，頻率范圍約為120k~480k CPM (2,000~8,000 Hz)。磨損或損壞在軸承表面變得可見,，可能開始影響軸承的整體壽命,。在這個階段，軸承可能開始出現(xiàn)噪聲或振動增大等現(xiàn)象,，有時溫度還會上升,。此時，軸承很可能需要更換,，由此產(chǎn)生的機器停機時間可能導(dǎo)致產(chǎn)量下降,。因此，在這個階段，盡早發(fā)現(xiàn)和解決問題對于防止產(chǎn)生更大損壞以及機器失效是非常重要的,。

3.第三階段

   當(dāng)軸承失效發(fā)展到第三個階段,，損傷已變得嚴重，軸承的性能顯著衰退,。振動增大,、工作溫度上升是這個階段的常見表現(xiàn)。缺陷頻率附近可能會出現(xiàn)邊帶頻率,。關(guān)鍵機器應(yīng)進行額外的振動分析,，以評估損傷。如果在此階段仍不進行人為干預(yù),，則引發(fā)災(zāi)難性失效及相應(yīng)的機器損害的風(fēng)險非常顯著,。

4.第四階段

第四階段是災(zāi)難性階段，是軸承缺陷發(fā)展的最終,，也是最嚴重的階段,。在這個階段，軸承碎裂或喪失功能,，致使其不能承擔(dān)載荷或有效工作,。軸承缺陷對應(yīng)的頻率集中在5000Hz以下的低頻范圍。災(zāi)難性失效會造成更長的停機時間,、更高的修理費用,，并可能對周邊機械產(chǎn)生附帶損壞。

    從根本上講,，是否可探測高頻振動意味著簡單的預(yù)防性維修和高成本修理的區(qū)別,。與MEMS傳感器不同，壓電式加速度計可以在很寬的頻率范圍內(nèi),，包括高頻段,，精確地測量振動。這種能力由于能夠在設(shè)備狀態(tài)惡化的早期探測微小的振動異樣,，因此對于機器健康監(jiān)測應(yīng)用是非常有用的,。

二、總結(jié)

    機器健康監(jiān)測旨在識別潛在的失效隱患,，避免其發(fā)展成為災(zāi)難性事件,。使用壓電式傳感器，技術(shù)人員能夠在包括低頻段和高頻段在內(nèi)的頻率范圍內(nèi)探測和分析振動,。壓電式傳感器的寬頻特性使其適用于多種的機器健康監(jiān)測應(yīng)用,，包括旋轉(zhuǎn)機械、工業(yè)設(shè)備以及結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測,。它的探測失效早期微小振動異常的能力使得維修技術(shù)人員能夠及時采取行動,，防止發(fā)生重大故障，減少停機時間。

    除寬頻性能之外,，壓電式傳感器還具有出色的可靠性和精度,。通過可靠而精確的數(shù)據(jù)，維修技術(shù)人員就能夠全面掌握機器的健康狀態(tài),，做出科學(xué)決策,，優(yōu)化維修計劃，避免計劃外停機,，降低維護成本,。