Badanie możliwości zastosowania niskomocowych urządzeń monitorowania wykorzystujących technologię MEMS do wykrywania uszkodzeń wybranych maszyn wirnikowych

Abstract

W rozprawie doktorskiej przedstawiono koncepcję modelu nowatorskiego czujnika drgań wykorzystującego technologię MEMS (z ang. Micro-Electro-Mechanical- System) do oceny stanu technicznego maszyn wirnikowych w rozproszonych systemach monitorowania i diagnostyki. Rozprawa ma charakter interdyscyplinarny i przedstawia szereg badań symulacyjnych i badań rzeczywistych prototypów nowego czujnika. Główne problemy badawcze podjęte w pracy doktorskiej dotyczyły projektowania topologii architektury czujnika, hybrydowej analizy charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych odpowiedzi częstotliwościowych czujnika (z ang. FRF - Frequency Response Function) oraz rozwoju dedykowanych metod cyfrowego przetwarzania sygnałów drgań w celu wyznaczania wartości skalarnych wskaźników oceny stanu technicznego maszyn wirnikowych oraz opracowania metodologii zautomatyzowanego rozwoju oprogramowania. W wyniku przeprowadzonych badań naukowych potwierdzono główną tezę pracy doktorskiej, demonstrując porównywalną skuteczność nowego czujnika wykorzystującego technologię MEMS do skuteczności typowych przemysłowych piezoelektrycznych czujników drgań w ramach możliwości detekcji badanych uszkodzeń maszyn wirnikowych, zarówno w niskich częstotliwościach (zgodnie z ISO 20816), jak i w wysokich pasmach częstotliwości strukturalnych obejmujących lokalne uszkodzenia łożysk tocznych.

The dissertation presents a conceptual model of a novel vibration sensor using MEMS (Micro-Electro- Mechanical-System) technology for condition assessment of rotating machinery in distributed monitoring and diagnostic systems. The dissertation is interdisciplinary in nature and presents a series of simulation studies and real- world tests of prototypes of the new sensor. The main research problems undertaken in the dissertation were the design of the topology of the sensor architecture, the hybrid analysis of the amplitude-frequency response characteristics of the sensor (FRF - Frequency Response Function), and the development of dedicated methods for digital processing of vibration signals to determine the values of scalar indices for assessing the technical condition of rotating machinery and the development of a methodology for automated software development. As a result of the conducted scientific research, the main thesis of the dissertation was confirmed, demonstrating the comparable effectiveness of the new sensor using MEMS technology to that of typical industrial piezoelectric vibration sensors within the framework of the ability to detect investigated faults in rotating machinery, both at low frequencies (according to ISO 20816) and in high structural frequency bands covering local rolling bearing faults.