振動監(jiān)控應(yīng)用中的MEMS技術(shù)
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圖3. 時域振動信號鏈示例
圖4. 用于頻譜振動分析的ADIS16228信號鏈
兩種方式的內(nèi)核傳感器都可以是MEMS加速度計。 選擇內(nèi)核傳感器時，最重要的屬性為軸數(shù)、封裝/裝配要求、電氣接口（模擬/數(shù)字）、頻率響應(yīng)（帶寬）、測量范圍、噪聲和線性度。 盡管許多三軸MEMS加速度計都支持直接連接多數(shù)嵌入式處理器，但要獲得最高性能則可能要求采用具有模擬輸出的單軸或雙軸解決方案。 例如，ADXL001高性能寬帶iMEMS加速度計就利用22-kHz諧振提供最寬的帶寬，但它只是一款單軸模擬輸出器件。 在配有模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的系統(tǒng)中，模擬輸出可實現(xiàn)快速接口，但當前的開發(fā)趨勢似乎更青睞于那些搭載了數(shù)字接口的傳感器。
內(nèi)核傳感器的頻率響應(yīng)和測量范圍決定其輸出飽和前可以支持的最大振動頻率和幅度。 飽和會降低頻譜響應(yīng)，從而產(chǎn)生可能導(dǎo)致故障報警的雜散成分，即使飽和頻率不影響目標頻率時也是如此。 測量范圍和頻率響應(yīng)的關(guān)系如下：
頻率響應(yīng)和測量范圍限制著傳感器的響應(yīng)，其噪聲和線性度則限制著分辨率。 噪聲決定將在輸出中響應(yīng)的振動下限，而線性度則決定振動信號產(chǎn)生的故障諧波量。
模擬濾波器
模擬濾波器將信號成分限制在一個奈奎斯特區(qū)之內(nèi)，即為示例系統(tǒng)采樣速率的一半。 即使濾波器截止頻率處于奈奎斯特區(qū)之內(nèi)，也不可能無限制地抵制高頻組分，這些高頻組分仍可能折回通帶中。 對于只監(jiān)控第一奈奎斯特區(qū)的系統(tǒng)，這種折回行為可能產(chǎn)生假故障，并扭曲特定頻率下的振動成分。
窗
在振動檢測應(yīng)用中，時間相干采樣往往并不實用，因為時間記錄起始和結(jié)束處的非零采樣值會導(dǎo)致較大的頻譜泄漏，從而可能降低FFT分辨率。 在計算FFT前應(yīng)用窗口函數(shù)有助于控制頻譜泄漏。 最佳窗口函數(shù)取決于實際信號，但通常需要衡量的因素包括過程損失、頻譜泄漏、旁瓣位置和旁瓣電平。
快速傅里葉變換(FFT)
FFT是分析離散時間數(shù)據(jù)的一種高效算法。 該過程將時間記錄轉(zhuǎn)換為離散頻譜記錄，其中，每個采樣代表奈奎斯特區(qū)的一個離散頻段。 輸出采樣的總數(shù)等于原始時間記錄中的采樣數(shù)，在大多數(shù)情況下，為二項級數(shù)中的一個數(shù)字(1、2、4、8……)。 頻譜數(shù)據(jù)同時包括幅度和相位信息，可采用矩形或極性格式表示。 采用矩形表示時，F(xiàn)FT倉的一半含有模值信息，另一半則含有相位信息。 采用極性表示時，F(xiàn)FT倉的一半含有實部結(jié)果，另一半則含有虛部結(jié)果。
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