Application of micromachined accelerometers for vibration measurements in condition evaluation systems for large rotating machines

• Autorzy: Pietrzak P.

Warianty tytułu

PL

Aplikacja akcelerometrów mikromaszynowych do badań wibracji w systemach oceny stanu technicznego dużych maszyn wirujących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper discusses the problem of replacing expensive piezoelectric accelerometers with much cheaper and smaller micromachined (MEMS) sensors. The considered field of application covers a condition monitoring of large rotating machines, e.g. high-power turbogenerators. Unfortunately there are some constraints that limit the possibility of MEMS accelerometers utilization in accurate measurements of vibration signal. As the most important restriction sensitivity of the main sensor parameters to temperature and supply voltage changes, effect of process spread and relatively high internal noise level should be considered. The measurement errors caused by these factors can be reduced with methods described in this paper.

PL

Dostępne na rynku mikroakcelerometry krzemowe, produkowane w technologiach mikromaszynowych (MEMS) nie mogą być stosowane w systemach oceny stanu technicznego wymagających pomiarów o wysokiej dokładności. Główną przyczyną jest wrażliwość podstawowych parametrów tego typu czujników na zmiany temperatury i napięcia zasilania. Parametry te podlegają rozrzutowi produkcyjnemu. Ponadto, akcelerometry mikro-maszynowe odznaczają się także stosunkowo dużym poziomem szumów własnych. W ramach prowadzonych badań zaproponowano metodę minimalizacji wpływu wspomnianych czynników na dokładność pomiarów wykorzystujących akcelerometry MEMS, a także metodę redukcji szumów własnych. Rozrzut produkcyjny został wyeliminowany poprzez indywidualną kalibrację każdego czujnika. Analiza wpływu zmian temperatury i napięcia zasilania na czułość i poziom zera wybranych akcelerometrów MEMS pokazała, że obserwowane zależności mają charakter liniowy. Dzięki temu metoda minimalizacji błędów jest niezwykle prosta - uwzględnia poprawki określające odchylenie wartości poziomu zera i czułości akcelerometru od wartości nominalnych. Zaproponowana metoda redukcji szumu bazuje na układach predyktorów liniowych. Skuteczność działania tego typu układów zależy nie tylko od parametrów samego filtru, ale także od właściwości przetwarzanego sygnału. Z tego powodu, okazało się konieczne jego podzielenie na wiele podpasm częstotliwościowych. Filtracja adaptacyjna realizowana jest w każdym z podpasm indywidualnie. Dla przedstawionej metody adaptacyjnej filtracji szumu zaproponowano dwie modyfikacje algorytmu NLMS. Obydwie pozwalają uprościć jego implementację (głównie sprzętową) i skrócić czas trwania pojedyńczej iteracji poprzez uproszczenie sposobu wyznaczania estymaty mocy sygnału doprowadzonego do poszczególnych wag filtru.

Słowa kluczowe

EN

micromachined accelerometer; MEMS accelerometer; silicon accelerometer; internal noise reduction; adaptive filtering; NLMS algorithm

PL

akcelerometr mikromaszynowy; mikroakcelerometr krzemowy; redukcja szumów własnych; filtracja adaptacyjna; algorytm NLMS

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2007
• Tom: z. 111
• Strony: 81--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz.

Twórcy

autor

Pietrzak P.

• Technical University of Lodz, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] Campbell R.L., Younan N.H., Gu J.: Performance analysis of the adaptive line enhancer with multiple sinusoids in noisy environment, Signal processing, v. 82 n.1, pp. 93-101, January 2002.
• [2] Pietrzak P., Tylman W., Napieralski A.: Noise analysis of capacitive MEMS accelerometers, MEMSTECH 2005, pp. 53-54, Lviv-Polyana, Ukraine, maj 2005.
• [3] Pietrzak P., Tylman W., Kulesza Z., Piotrowicz M., Napieralski A.: Using MEMS accelerometers in condition monitoring of large rotating machines, MEMSTECH 2005, pp. 110-114, Lviv-Polyana, Ukraine, 2005.
• [4] Zieliński T.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, WKŁ, Warszawa 2005.