利用振动拾取传感器VP8021-A实现CBM

什么是CBM？

CBM是"Condition based Maintenance(基于条件的状态维护)"的简称，是一种预测性维护的概念：通过监视对象的状态，来确定在故障之前进行维护的必要性。近年来，CBM已经成为众多企业面对的一个重大挑战。在工业机械行业中尤其如此，由于发生故障会导致很大的机会损失，以及设备本身较高的单价，因此直接更换是很困难的。此次向您介绍日本IMV公司的振动传感器VP8021-A，对实现CBM起到了重要的作用。

实现CBM的流程

首先，为了实现CBM，采取什么样的流程呢？其流程大致可分为以下三类：

机械状态感知
传感数据处理
根据处理后的数据判断故障标准

每个流程的定义是对应不同的目标。其中最重要且需要验证的流程通常称为"机械状态感知"。因为如果传感数据不正确的话，其他两个流程再怎么重复验证也没有意义。以下各节详细介绍了设备状态的感知。

感知对象的确定

机器状态的感知首先必须确定的是，将感知对象定为"什么"。感知对象包括振动、电流、温度等多种元素，在CBM中的传感对象通常是"振动"。

图1 机器的劣化曲线

这是一张机器性能下降的图。当然，随着时间的推移，机械的状态会发生变化。从初始状态到故障的曲线中，振动是曲线恶化的第一个迹象。通过测量振动，可以更早地判断机械的故障。

测量故障振动

接着，用于测量故障的机械振动是什么样的呢？然后，使用什么样的振动传感器好呢？这是按照频率总结振动种类的图。

图2 每个频率的振动传感器的种类

机械振动的频率一般为10Hz～20000Hz，是比我们平时看到的振动高几倍的频率波。一般用于检测机械振动的振动传感器分为以下3种。

机械伺服式加速度传感器
普通电容式加速度传感器(MEMS)
压电振动传感器

图3 每个频率的振动的种类

其中能够测量高频的传感器是压电振动传感器。但是，压电振动传感器大多价格高，贵的有超过10万日元的。

此次介绍的IMV公司的电容式振动传感器VP8021-A能够解决成本这一压电型传感器最大的问题。
让我们详细了解一下VP8021-A。

什么是VP8021-A？

VP8021-A是电容式振动传感器。产品内部采用了Analog Devices公司提供的低成本、可测量高频振动的MEMS加速度传感器"ADXL1002"。

图4 IMV公司的振动传感器VP8021-A

通过使用这种传感器，在控制成本的同时，可以获得与以往的压电型振动传感器相同的振动数据。

批量生产时可以以25000日元～30000日元(※1)的价格购买，而且采用这种MEMS传感器本身就降低了成本。

VP8021-A的主要功能

以下是IMV公司"VP8021-A"的规格。

振动频率范围	10 Hz to 10 kHz
输出规格	IEPE输出
加速度线性	±5%
噪声密度	464 (um/s ²)/√ Hz
温度灵敏度特性误差	±3%
工作温度范围	-30°C to 120°C
大小	17 mm x 27 mm

关于在VP8021-A中取得的数据处理

VP8021-A获取的数据为高频数据，因此需要能够对最大10kHz的信号进行AD转换的处理终端。
Macnica提供了处理高频信号和AI算法以实现边缘计算的SENSPIDER。

图5 振动传感器和Senspider

应用示例

注塑机
锅炉
搅拌机
压缩机
其它搭载了摩打和轴承的工业设备VP8021-A

图6 应用