在一个以设备间互联和无缝数据共享为标志的工业时代，预防性维护行业目前正大力发展具有无线传输、IO-Link等数字输出和传感器级数据边缘处理等功能的加速度计。但是，即使在数据输出方式方面取得了进步，用于机器健康监控的最受信任的传感技术仍保持不变；它们是压电或电容微机电系统（MEMS）。
本文探讨这两种主要传感器类型，并评估它们在常见故障相关频率下的性能。我们发现压电传感器在早期检测的频率范围方面优于MEMS加速度计，使其成为机器健康监控应用的首选。
为什么频率范围很重要
在消费电子领域，MEMS加速度计因其低生产成本和测量低至0 Hz频率的能力而广受欢迎。然而，当涉及到机器运行状况监控时，需求会发生巨大变化。MEMS器件可检测到的低频振动范围通常与滚动元件轴承故障的晚期阶段有关，而更宽范围的功能对于捕捉早期故障警告至关重要。因此，仅依靠MEMS加速度计进行机器健康监控可能会导致检测延迟和设备严重损坏。为了确保尽早发现潜在问题并防止灾难性故障，压电传感器被证明是最佳选择(图一)。
为了说明宽频范围能力的重要性，考虑与轴承故障四个阶段相关的振动频率。
在轴承故障的初始阶段，开始出现恶化的第一个迹象。这个阶段(图2)其特点是金属与金属的碰撞，通常是由于缺乏润滑造成的。轴承产生的故障能量始于大约1，200 K至3，600 K（机器旋转）每分钟周期数（CPM）（20 kHz至60 kHz）的超声波频率，通常只能用峰值能量或冲击脉冲仪器检测。基于压电的加速度计开始在高频范围的低端检测早期出现的微观裂纹或点蚀。在这一早期阶段评估润滑条件或对准情况可以防止出现重大问题。然而，如果不进行干预，损害会继续发展，导致下一阶段的失败。
在失败的第二阶段(图3)初期阶段的损害开始更加明显地显现出来。微小缺陷会激发加速度计组件的共振响应，该响应由频谱分析仪在大约120 K至480K CPM（2 kHz至8 kHz）的频谱中间拾取。轴承表面的劣化变得明显，磨损或损坏可能会开始影响轴承的整体寿命。
在这一阶段，轴承可能开始表现出噪音、振动增大，有时温度升高。很可能需要更换轴承，相关的机器停机时间可能会导致生产力损失。尽管如此，在此阶段及早发现并解决问题以防止进一步恶化和潜在的设备故障至关重要。