Акселерометр как датчик вибрации для электромотора, Акселерометр как датчик вибрации для электромотора Опции

[glebka]

Есть идея использовать "трёхосный" акселерометр в качестве измерителя уровня вибрации для большого электромотора вентилятора (контроль состояния подшипников, "пропеллера").
Пока присматриваюсь к устройству MMA8451Q от Freescale.
Если кто-либо сталкивался с подобной задачей нужен совет от знающих: стоит ли использовать акселерометр, или лучше попробоваь поискать специализированные датчики вибрации.
Кроме того, хотелось бы добавить функцию контроля угла наклона при установке при помощи второго акселерометра , но как рассчитать точность какую можно получить пока не знаю- пока читаю даташиты и умные книги, если кто подскажет, буду весьма признателен.

[AlexandrY]

Есть идея использовать "трёхосный" акселерометр в качестве измерителя уровня вибрации для большого электромотора вентилятора (контроль состояния подшипников, "пропеллера").
Пока присматриваюсь к устройству MMA8451Q от Freescale.
Если кто-либо сталкивался с подобной задачей нужен совет от знающих: стоит ли использовать акселерометр, или лучше попробоваь поискать специализированные датчики вибрации.
Кроме того, хотелось бы добавить функцию контроля угла наклона при установке при помощи второго акселерометра , но как рассчитать точность какую можно получить пока не знаю- пока читаю даташиты и умные книги, если кто подскажет, буду весьма признателен.

Тут и сталкиваться не надо. В любом смартфоне стоят акселерометры подобного типа.
Результат измерения вибрации у них так себе.
У меня даже никаких идей как по этим измерениям определять состояние подшипников.
Угол тоже измеряют плюс-минус километр.

[Stanislav]

Тут и сталкиваться не надо. В любом смартфоне стоят акселерометры подобного типа.
Результат измерения вибрации у них так себе.
У меня даже никаких идей как по этим измерениям определять состояние подшипников.
Угол тоже измеряют плюс-минус километр.

Это у Вас смартфон кривой.
А как раз данные акселерометры - очень даже неплохие для своей ценовой категории.

[SM]

Это у Вас смартфон кривой.

Это не смартфон кривой, это софт там, как во всех смартфонах, кривой, слоеный-переслоеный, когда акселерометр опрашивает какой нибудь драйвер в ядре через другой драйвер, который пользуется драйвером шины, представляет его как устройство ввода в posix-ОС, а потом какая нибудь очередная прокладка через пять других прокладок перебрасывает его в какую нибудь виртуальную машину, на которой что нибудь явско-андроидское что-то отображает, само не понимая что Никакого реалтайма и близко нет, отсчет потерялся, или нет, и хрен бы с ним, никого это не волнует, лишь бы юзеру что-то показать... Вот примерно поэтому люди и думают, что кривые акселерометры у них, а на самом деле софт не то что кривой, а наикривейший.

[AlexandrY]

Это не смартфон кривой, это софт там, как во всех смартфонах, кривой...

Да, похоже на правду.
http://www.sensorplatforms.com/smartphone-...ensor-sampling/

я бы наверное прицепил бы акселерометр к мотору, и поснимал бы сигналы с него в PC, потом в матлабе с ними разбирался,

Вот здесь уже поразбирались, и вывод, что похоже разбираться можно вечно.

Вибрация зависит от всего. От нагрузки, от балансировки, плывет со временем и т.д.
Вычислить на этом фоне подшипники наверно можно только когда все уже пошло в разнос.

[glebka]

Да, вы совершенно правы. Конечно только износ\дефект подшипников вычислить только по вибрации сложно , но понять что "что-то пошло не так" и аварийно остановить мотор или просигнализировать вполне реально.

Вполне возможно, вот например http://www.colibrys.com/e/page/155/

Да интересные чипы, надоть их попробовать "пощупать".

Датчик вибрации на акселерометре сделать можно. Вопрос - какие критерии.
Если "для себя" как просто индикатор, то пойдет. Если для промышленной эксплуатации - ставьте готовый прибор контроля вибрации двигателя, их полно. Кстати, поищите и посмотрите на характеристики, будет понятнее что вам нужно.

Да нет, просят сделать искробезопасное утройство для 2ой зоны. Но ход вашей мысли я понял, надо внимательно посмотреть что сделано.

Измерение угла возможно на любом акселерометре, по-моему даже необязательно ставить второй. Получите смещение по одной оси, отфильтруете постоянную составляющую. Точность измерения угла низкая, определяется:
1. низкая начальная точность - это можно убрать калибровкой после монтажа
2. стабильностью напряжения питания
3. температурный дрейф - цифры в даташите есть, можно посчитать

Реально без специальных мер на ADXL202 получали порядка единиц градусов без учета долговременного дрейфа, но лучше и не надо было.

Заказал у китайцев платку с датчиком, приедет - будем пробовать.

[mk900]

Заказал у китайцев платку с датчиком, приедет - будем пробовать.

Глеб, не возражаете против того, что пока Вы ждете свои датчики, я задам несколько вопросов по теме?
Мои датчики уже пришли и были прикручены к электромотору с установленным на нем шкивом. Мотор не монстр, но и не самый мелкий, 0.75 kW. Шкив диаметром 150мм, шириной 54мм, вес около 1 кг или чуть больше...
Правда датчики аналоговые ММА7361, но думаю по основным характеристикам измеряемых сигналов они близки к тем, что ждете Вы.
Ну и постановка задачи у меня была поуже Вашей, не диагностика, а всего лишь балансировка шкива.
Подключил я акселерометр к осциллографу и убедился, что он более менее осознанно реагирует на вибрации ротора.
Контроль делался по осциллограмме, где было видно, что синусоида с оборотной частотой достаточно хорошо привязана по фазе к метке на шкиве и адекватно реагирует на перемещение контрольного груза. По каналам Х и У акселерометра эти сигналы сдвинуты на 90 град. Фоток не сделал, там, конечно, шумновато, но при необходимости могу и сфоткать.
Мой осциллограф - USB: MSO-19 (200 МГц , с возможностью FFT, однолучевой, но с широкими возможностями внешней синхронизации и 8-ми канальным ЛА).
На картинке спектра явно видны первая и, часто, вторая гармоники оборотной частоты.Вылезают и регулярные помехи с частотами 50 и 100 Гц. Амплитуда первой гармоники достаточно пропорционально реагирует на изменение величины контрольного груза. При наблюдении сигнала на экране осциллографа (без необходимости определения фазы) для уменьшения зашумленности желательно подключить простейший ФНЧ. На картинке со спектром можно все хорошо увидеть и без фильтра. И еще, шумы значительно уменьшились, а сигнал подрос, когда я поставил мотор на мягкое основание.
К сожалению у меня пока нет точных весов для взвешивания грузиков(Весы с разрешением 0.01 г заказал на DX, пока жду), но для понимания масштабов пока скажу, что шарик пластилина диаметром ~4 мм вызывает изменение амплитуды первой гармоники примерно на 10 мВ по показаниям на экране FFT осциллографа. Различать показания удается с точностью до 1-2 мВ, это предел прибора.
Поизучав материалы по балансировке в Инете, решил, что для решения этой задачи нужно получить амплитуду и фазу первой гармоники оборотной частоты.
Потом несложными расчетами можно получить точки размещения и вес корректирующих грузиков в одной или нескольких плоскостях шкива.
Чаше всего видел попытки использовать БПФ для определения спектра сигнала с датчиков и получения амплитуды и фазы.
Но я считаю, что значительная часть там полученных данных не имеет никакого практического применения. А вот метод сравнения (корреляции?) с опорной синусоидой на частоте вращения даст только нужные нам амплитуду и фазу. Но вот как реализовать такой алгоритм попроще я, к сожалению, не знаю. Забыл уже все...
В ряде веток на этом форуме видел публикации на похожие темы и знаю, что здесь есть много людей, которые щелкают такие задачки, как семечки. Направьте пожалуйста по правильному пути...
Итак, что имеем: сигнал с оптического датчика оборотов, позволяющий точно определить привязку к геометрии шкива и посчитать точно частоту оборотов.
Сигнал с акселерометра который могу оцифровать с какой-либо частотой (пока не понял, есть ли смысл как-то привязать частоту дискретизации к частоте оборотов. Это легко, при необходимости).
Разрядность АЦП 10 бит. Пару бит рекомендуют отбросить...
Частоты вращения - в пределах 2 - 200 Гц.
Как минимальным объемом вычислений получить амплитуду и фазу первой гармоники? Какая точность может быть достигнута? Теоретически...
Делать скорее всего попробую на AVR, думаю Mega328 вполне справится. При необходимости могу передавать данные в реальном времени в комп для расчетов и визуализации.

[SM]

Как минимальным объемом вычислений получить амплитуду и фазу первой гармоники? Какая точность может быть достигнута? Теоретически...

самое простое и оптимальное (с точки зрения понятия оптимального фильтра) видится так:

первый вариант(проще):
- Подождите, пока стабилизируется частота оборотов. Измерьте эту частоту.
- Запустите сбор данных синхронно с сигналом с датчика, соберите достаточную выборку данных.
- Посчитайте одну точку ДПФ, соответствующую этой частоте, это две суммы перемноженных выборок сигнала с значениями sin и cos соответствующей частоты.
- Получите фазу и амплитуду.

второй вариант (точнее):
- дождаться стабилизации частоты и измерить.
- набрать выборку из сигналов обоих датчиков (акселерометра и датчика угла/положения)
- посчитать ДПФ на этой частоте для обоих сигналов
- найти разность фаз и амплитуду.

Точность может быть достигнута самая разная, все зависит от сигнал/шум в сигнале, от длительности принятого сигнала, точности вычислений...