Cet exemple de circuit de mesure de vibrations utilise un accéléromètre MEMS (ADXL1002) et un convertisseur analogique-numérique à registre d'approximation successif (SAR) (AD4000).

Construire un détecteur de vibrations basé sur MEMS

La surveillance de l’état est un défi pour les entreprises dont les installations mécaniques sont remplies de moteurs, de générateurs et d’engrenages. Mais il est nécessaire de donner aux directeurs d’usine des informations sur les performances de l’équipement mécanique et s’il peut nécessiter une maintenance. Une maintenance bien ciblée peut éviter les temps d’arrêt inutiles et les longs travaux de réparation.

Une façon dont les directeurs d’usine effectuent la surveillance de l’état est en analysant les modèles de vibration émis par leurs machines. Par exemple, vibrations de boîtes de vitesses sont généralement dans le domaine fréquentiel comme des multiples de la vitesse de l’arbre. Irrégularités dans ces point de fréquences porter, déséquilibre ou ample les pièces.

Système microélectromécanique (MEMS)Les accéléromètres à base de sont souvent utilisés pour mesurer de telles fréquences. Comparés aux capteurs de vibrations piézoélectriques, ils ont des résolutions plus élevées, d’excellentes caractéristiques de dérive et de sensibilité et de meilleurs rapports signal / bruit (SNR). Ils peuvent également détecter les vibrations basse fréquence proches du courant continu gamme.

Cet exemple de circuit de mesure de vibrations utilise un accéléromètre MEMS (ADXL1002) et un convertisseur analogique-numérique à registre d’approximation successif (SAR) (AD4000).

Le circuit ci-dessus est un très linéaire, faiblebruit, vibration large bande la mesure. Le signal de sortie analogique de l’accéléromètre ADXL 1002 MEMS est envoyé via un filtre RC bipolaire au registre d’approximation successif (SAR) Convertisseur analogique-numérique (ADC) AD4000. Il convertit le signal analogique en une valeur numérique pour un traitement ultérieur du signal. Ce approche peut être utilisé pour l’analyse des roulements ou la surveillance du moteur, ainsi que pour toutes les applications nécessitant une plage dynamique jusqu’à ± 50 g et une réponse en fréquence de DC à 11 kHz.

le haute la fréquence, mono-axe MEMS accéléromètre fournit une bande passante de signal de sortie qui s’étend au-delà de la plage de fréquences de résonance du senso. Cela permet de surveiller et de mesurer les fréquences en dehors de la bande passante de 3 dB. À Pour cela, l’amplificateur de sortie de l’accéléromètre prend en charge une bande passante de signal de 70 kHz. Des charges capacitives allant jusqu’à 100 pF peuvent également être directement entraînées avec l’amplificateur de sortie de l’accéléromètre. Pour les charges supérieures à 100 pF, une résistance série de moins de 8 kΩ doit être utilisé.

le externe filtre à les production de les accéléromètre est nécessaire à éliminer aliasing bruit du amplificateur de sortie. Il prend également en charge le bruit des composants internes de l’accéléromètre cette pourrait survenir, comme quand ils couple à travers le interne 200kHz l’horloge signal. Alors, les la bande passante du filtre doit être mis en œuvre en conséquence.

Avec le dimensionnement indiqué dans le circuit ci-dessus (R1 = 16 kΩ, C1 = 300 pF, R2 = 32 et C2 = 300 pF), atténuation de à propos 84 dB est atteint à 200 kHz. Aussi, les choisi ADC le taux d’échantillonnage doit être plus haut que les bande passante de l’amplificateur (32 kHz, par exemple).

Pour l’ADC, un accéléromètre la tension d’alimentation doit être sélectionnée pour sa référence parce que la sortie l’amplificateur a une relation ratiométrique avec l’offre Tension. Dans ce cas, la tolérance d’alimentation en tension et le coefficient de température de tension (lequel sont généralement lié à externe régulateurs) courir entre l’accéléromètre et l’ADC pour que l’erreur implicite associée aux tensions d’alimentation et de référence soit annulée en dehors.

le la fréquence réponse de les accéléromètre (indiqué ci-dessous) est les plus important caractéristique de les circuit. le Gain augmente à fréquences au-dessus d’environ 2 à 3 kHz. Pour la fréquence de résonance (11 kHz), la valeur de crête du gain est à propos 12 dB (facteur de 4) dans les production Tension.

Ce graphique montre la réponse en fréquence de l'accéléromètre MEMS utilisé dans le circuit.Ce graphique montre la réponse en fréquence de l’accéléromètre MEMS utilisé dans le circuit.

Pour afficher les dépassements de plage de mesure (sur toute la gamme), l’accéléromètre a une sortie correspondante (OU broche). Le moniteur intégré émet un avertissement lorsque la sortie dépasse la plage définie.

Spécial attention devrait être payé à montage correctement les accéléromètre. Il doit être proche d’un point de montage rigide sur la carte pour éviter les vibrations sur les circuit planche ce qui peut causer la mesure les erreurs si non amorti. Un placement approprié garantit que chaque vibration du circuit imprimé sur l’accéléromètre dépasse la fréquence de résonance du capteur mécanique et est donc pratiquement invisible à l’accéléromètre. Plusieurs points de montage proche à les capteur et une plus épais planche aussi réduire les effets de résonance du système sur le capteur performance.

le circuit, lequel détecte les vibrations du DC gamme à 11 kHz, comme est souvent requis dans état surveillance pour machines tournantes, pouvez être construit relativement facilement.

Thomas Brand est un ingénieur d’applications terrain spécialisé dans le domaine de l’Ethernet industriel pour les dispositifs analogiques.

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