[发明专利]工业加速度计及其用途和系统

说明书

本发明涉及工业加速度计及其用途和系统。特别地，工业加速度计用于监视工业机械的振动。加速度计包括布置在平面印刷电路(2)上的第一微机电集成电路(MEMS1)和第二微机电集成电路(MEMS2)，第一集成电路(MEMS1)构成能够供应沿着三个测量轴线(I，J，K)的加速度信号的第一三轴传感器，第二集成电路(MEMS2)构成能够供应沿着单个测量轴线(A)的加速度信号的第二单轴传感器。第一集成电路(MEMS1)和第二集成电路(MEMS2)布置在平面印刷电路(2)上，使得第二传感器(MEMS2)的单个测量轴线(A)平行于第一传感器(MEMS1)的两个测量轴线中的一个轴线(I；J)。

技术领域

本发明涉及可应用于测量工业机械(特别是旋转机械)的振动的三轴加速度计。

背景技术

可通过测量和分析诸如旋转机械(例如，压缩机、涡轮机、泵)这样的工业机械的振动来监视其机械状态。传统上，振动测量是借助压电加速度计进行的，压电加速度计通常借助固定螺栓而固定到机械的振动元件。这种类型的加速度计的三轴形式是可用的，也就是说，它能够提供沿着直角三面体的三个测量轴线的测量值，以充分表征机械的振动现象。压电加速度计的优点是在大范围的频率内(在十分之几赫兹和10kHz或20kHz之间)具有线性行为并具有宽动态范围(例如，1g到5g之间)。然而，它们相对笨重和昂贵。

加速度传感器已知也有微机电集成电路的形式，该微机电集成电路是使用微电子技术制造的，常被称为“MEMS加速度计”(来自“Micro ElectroMechanical Systems”的首字母缩写)。这些传感器通常非常紧凑且相对便宜，但仍然具有如下特性，所述特性允许其用于测量“静态”加速度或测量具有通常小于几kHz的减小频率的加速度。这些特性使它们与待监视的频率范围通常从0.1Hz扩展至10kHz或20kHz的工业机械的振动监视不兼容。

最近，微机电系统领域的进步使得可以提出单轴MEMS传感器，测量轴线在传感器的平面中延伸，能够在高达20kHz或甚至40kHz的更高频率范围内执行加速度测量。与上一代加速度计相比，这种频率范围的扩展与信噪比的降低和测量动态的增强相结合使得可以考虑将这些传感器用于工业机械的振动监视领域。然而，这些元件在三轴配置中是不可用的，这极大地阻碍了它们的使用。

文献US20110295546和US2016003863教导了一种三轴加速度计，该三轴加速度计组合了多个MEMS传感器，所述多个MEMS传感器布置在形成3D结构的多个平面印刷电路上，从而使MEMS传感器的测量轴线沿着加速度计的直角测量三面体的3个轴线放置。然而，这种解决方案并不适合，因为印制电路的3D组件的制作复杂，不太紧凑，而且最重要的是，造成加速度计频率响应上出现寄生谐振，这干扰了测量，使测量有些不可靠。

文献US2005122100进而提出了将磁传感器竖直组装在其边缘上，以提供沿着竖直轴线的测量。该非传统的方法不能在工业上部署。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分克服了这些缺点的三轴加速度计。更确切地，本发明的目的是提供一种包括传感器的三轴工业加速度计，传感器能够供应加速度信号并呈微机电集成电路的形式，该工业加速度计能够用于工业机械(特别地，旋转机械)的振动监视。本发明特别地旨在提供一种比现有技术中提出的使用微机电传感器的三轴工业加速度计更可靠的三轴工业加速度计。

为了实现该目的，本发明的目的提出了一种工业加速度计，所述工业加速度计能够提供沿着直角三面体的三个测量轴线的测量值，特别地，所述工业加速度计用于工业机械的振动监视，所述加速度计包括布置在平面印刷电路上的第一微机电集成电路和第二微机电集成电路；

-所述第一集成电路沿着第一平面延伸并构成能够供应沿着三个测量轴线的加速度信号的第一三轴传感器，两个测量轴线驻留在所述第一平面中；

-所述第二集成电路沿着第二平面延伸并构成能够供应沿着驻留在所述第二平面中的单个测量轴线的加速度信号的第二单轴传感器。