高性能MEMS振動傳感器模塊化的ADcmXL3021

"振動"是實現馬達、泵、構成它們的軸承和編碼器的狀態基準監控(Condition-Based Monitoring,CBM)的重要信息之一。

如果測量振動,就可以很容易地從電氣噪音中分離出機械噪音,通過獲得關於機械狀態的追加信息,可以提高診斷精度。
通過減小傳感器的尺寸和總體形狀因數,使傳感器更接近振動源,有助於提高診斷準確度和改進實時機器控制。

本文將介紹由Analog Devices提供的、可用標準機械螺絲安裝的高性能3軸MEMS傳感器ADcmXL3021的以下3個特點。

1. 通過完全的振動檢測系統加速狀態基准保護的開發
2. 內置嵌入處理的多種信號處理功能
3. 實現狀態基准保護的高性能MEMS振動傳感器
 

1. 通過完全的振動檢測系統加速狀態基准保護的開發

ADcmXL3021是兼具高性能振動檢測功能(使用MEMS加速度傳感器)和多種信號處理功能的完整振動檢測系統。

以下特徵簡化了狀態參考維護系統中智能傳感器節點的開發。

• 在動態環境中優化性能的小型可安裝形狀因子
• 振動測量用全功能信號調節
• 應用預處理減少了注入控制迴路的數據流
• 用於工業網絡的靈活性的SPI數據輸出
• 滿足工業性能要求的電氣和機械測試
   

高度集成的振動檢測系統

ADcmXL3021功能塊圖(出處:ADcmXL3021資料表摘錄)

 2. 內置嵌入處理的多種信號處理功能

ADcmXL3021內置有以下嵌入處理。處理過的信息可以通過串行外設接口(SPI)訪問。

• 高速數據採樣(220kSPS)
• 4096個樣本記錄長度
• 過濾處理
• 窗口處理
• 快速傅里葉變換(FFT)
• 用戶可配置的頻譜警報
• 錯誤標誌

通過這些嵌入處理,能夠取得時域(Time Domain)或頻域(Frequency Domain)的信息。
 

時域和頻域

 3. 實現狀態基准保護的高性能MEMS振動傳感器

Analog Devices提供了可用於基礎設施老化監視的超低噪音3軸加速度傳感器ADXL354/355和超低噪音寬帶加速度傳感器ADXL100x系列,ADcmXL3021也通過25µg/√Hz的超低噪音密度,支持良好的分辨率。

ADcmXL3021的主要功能如下:

• 3軸/數字輸出的MEMS振動傳感模塊
• 測量範圍:±50g
• 超低噪聲密度　25 μg/√Hz
• 寬頻帶:DC～10kHz(5%平坦度)
• 嵌入式高速數據採樣220kSPS
• FIR濾波器,32分接頭(係數)
• 高通截止頻率:1kHz,5kHz,10kHz
• 低通濾波器的截止頻率: 1 kHz、5 kHz、10 kHz
• 用戶可配置的過濾器組(32個係數)
• FFT頻譜分析
• 長記錄長度:每軸2048個bin
• 手動或定時觸發
• 窗口選項:矩形、漢寧、平頂
• 平均多條記錄,最多可設置255條記錄
• 頻譜定義的報警監測,每軸6個報警
• 具有統計指標的時域捕捉
• 長記錄長度:每軸4096點
• 平均值、標準偏差、峰值、波峰因數、偏度、峰度
• 實時數據流:每軸220kSPS
• CRC-16錯誤校驗突發模式通信
• 每軸10個數據記錄
• 狀態標誌的按需自檢
• 具有外部驅動和定時器驅動喚醒功能的睡眠模式
• 溫度和電力供應的數字測量
• SPI兼容串行接口
• 標識寄存器:序列號、設備標識和用戶標識
• 單電源動作:3.0V～3.6V
• 工作溫度範圍:-40°C～+105°C
• 125°C(結溫)自動停止
• 23.7mm×26.7mm×12mm的鋁封裝
• 34.5mm柔性14針連接器接口

ADcmXL3021封裝

應用示例

• 振動分析
• 狀態基准保全系統
• 機器狀態監視
• 儀器及診斷功能
• 安全斷路檢測

這個"ADSP-CM408F EZ-Board"由於搭載了ARM Cortex-M4,所以也可以作為微處理器評價板使用。

特別是由於配備了

・可以進行浮點運算的240Mhz ARM Cortex-M4
・高精度雙16位ADC
・384KB的SRAM內存
・2MB閃存
・CAN、SPI、UART、USB、以太網
・正交編碼器接口

不僅可以用於馬達控制領域，也可以用於其它應用。