【看视频，答题拿Kindle】CbM平台实测 精准地给机器设备做健康体检
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随着工业4.0时代的到来，机器设备的维护越来越重要。尤其针对一些净值较高以及功能关键的机械设备，一旦等出现异常状况再进行停机维护，导致的后果往往很严重，维修成本也非常高。那么，机器是否可以像人类体检一样，通过“体检”来提前获知其“健康状态”呢？机器的“体检”又要如何进行呢？我们进行了CbM（基于设备状态的监控）平台的实测，找到了这些问题的答案。 观看视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Ng411G7Ua
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CbM是什么？
机械设备在工作时，可能存在由于气浊、流体音振动带来高频振动，可能存在压力脉动、叶轮叶片振动等带来中频振动，也可能存机械不平衡、不对中、松动或者油膜振荡等带来低频振动。因此，对这些机械振动信号进行有效的理解、采集和识别，对如何进行定期大型设备保养、维护、以及故障判断都能起到相当大的帮助。
目前，基于设备状态的监控（Condition-based Monitoring，简称CbM），可以实现实时振动声学数据采集，方便用户加以分析；实时地在线观测机械振动状态，并提供预测性维护方案，以及判断故障的原因，能大幅节省企业的机械运营和保养成本。
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哪些系统需要CbM？
CbM主要面向的是一些大型、净值较高以及功能关键的机械设备，比如大型风力发电机，石油化工行业的油泵机组、钻井、工业机床等。另外对于一些高危的场合，不方便工作人员进出巡检的场合，CbM同样可以提供帮助。CbM的应用，不仅能提前判断这些机器设备的工作状态，提高生产效率、还能降低大型机械生产带来的风险。 
常用到CbM系统监控的五个案例： 电机监控：通过声音、温度、振动、电能质量、电机磁通量等信号来判断问题
轴承监控：由金属小碎片造成的冲击所引起的初始轴承磨损，会产生高频噪声，通过高带宽、低噪声加速度传感器来判断振动频点。
电机机架监控：使用低噪声、稳定的加速度计来检测影响电机性能的细微机械位移。
机床监控：通过高带宽、低噪声传感器对振动水平的监控
桥梁轨道交通监控：监控建筑本体的振动、倾角等信息
CbM技术核心——传感器
要想未雨绸缪，在机器出现问题之前预测并诊断其健康状况，通过单纯的人为研究是不够的， 这只能来自准确和可靠的数据，而这些数据源自于状态监控的核心——传感器。
目前市面上应用最广泛的两种传感器，压电陶瓷加速度计和MEMS加速度传感器。前者较早出现在市场上，拥有不错的噪声、带宽和线性度，但短板很明显，它受温湿度影响较大，受环境的影响对算法校准的难度较大，另外它抗冲击能力较弱，易损坏。而后者MEMS技术的加速度传感器，其噪声比压电式传感器更低，且不易受环境因素影响，并且抗冲击能力强，鲁棒性好，唯一不足是25K以上的频带暂时无相关测量器件。好在目前10K以下的带宽足以满足市场99%的振动信号分析。
CbM 开发套件平台
目前ADI基于其CbM方案，有一套完整的开发套件平台CN0549。我们从技术型分销商Excelpoint世健公司获得了该平台的开发套件。它包含三个部分： ✓ 第一部分：CN0532- ADXL1002 MEMS加速计传感器：
功能：安装在设备中，通过ADXL1002 传感器获取设备信息。
特点：噪声和带宽可与压电传感器媲美，同时在温度灵敏度、直流至低频响应、相位响应（因而群延迟）、抗冲击性和冲击恢复性方面具有优异的性能。ADXL1002 具有低噪声，较好的线性度等优点，可用于实施轴承分析或发动机监测，且适用于所有需要动态范围高达±50 g、频率响应范围为从直流至11 kHz的应用，足以支持各种需要检测振动应用。
✓ 第二部分：CN0540- 24位数据采集系统：
功能：通过IEPE接口，从CN0532传感器端获得采集的数据，并对数据进行ADC、DAC、电平转换、滤波的处理。
特点：由ADA4945、AD7768组成的数据采集板，高分辨率、高带宽、高动态范围。IEPE是当今工业中普遍使用的高端压电振动传感器的流行接口。信号链包含：电流源、带数模转换器(DAC)的电平转换和衰减级、三阶抗混叠滤波器、模数转换器(ADC)驱动器及全差分Σ-Δ型ADC。
✓ 第三部分：FPGA处理平台- DE10-Nano：
功能：高速采集板处理过的数据数据会进入FPGA处理平台，进行分析和处理，从而识别当前设备正处于什么样的状态。
特点：集成了1个 FPGA 和一个双核 ARM Cortex-A9 处理器，内置Linux系统，通过HDMI接口连接显示器，可以直接显示数据分析内容。
CbM平台实测
实验一：电动牙刷振动测试
由于电动牙刷振动情况比较简单，会产生较多的频谱分量，所以图像中有很多频率信号被显示出来。说明了ADXL1002传感器的灵敏度是较高的。 实验二：敲击测试
用手轻轻敲击桌面后，可以看到冲击波形变化，并且可以快速恢复原状，说明ADXL1002传感器灵敏度较高，且抗冲击性能比较好。
从实验结果上看，这套系统可以测试振动状态，进行健康状态的预测，防患于未然。因此非常适合应用在工业4.0行业一些净值较高以及功能关键的机械设备中。
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