CN108645619A - 机械轴承振动智能监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了机械轴承振动智能监测***,该***包括被配置为采集机械轴承振动数据的传感子***、被配置为存储机械轴承振动数据的数据存储装置和被配置为显示所述机械轴承振动数据的可视化装置;所述传感子***、可视化装置皆与所述数据存储装置连接;所述传感子***包括汇聚节点和多个被配置为采集机械轴承振动数据的传感器节点,汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络,网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇首并进行分簇;簇首被配置为将簇内传感器节点采集的机械轴承振动数据汇总并发送至汇聚节点;汇聚节点被配置为将各簇首汇总的机械轴承振动数据发送至数据存储装置。
Description
技术领域
本发明涉及设备监测技术领域,具体涉及机械轴承振动智能监测***。
背景技术
机械轴承作为旋转机械的关键零部件,其工作状态的好坏将直接影响到整台机械设备的工作状态。旋转机械轴承故障是导致旋转机械设备发生故障的主要原因之一,严重时甚至可能导致重大财产损失。因此,为了避免由旋转机械轴承的机械故障,减少经济损失,对轴承进行状态监测从而保证其正常运行非常有必要。
发明内容
针对上述问题,本发明提供机械轴承振动智能监测***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
提供了机械轴承振动智能监测***,该***包括被配置为采集机械轴承振动数据的传感子***、被配置为存储机械轴承振动数据的数据存储装置和被配置为显示所述机械轴承振动数据的可视化装置;所述传感子***、可视化装置皆与所述数据存储装置连接;所述传感子***包括汇聚节点和多个被配置为采集机械轴承振动数据的传感器节点,汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络,网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇首并进行分簇;簇首被配置为将簇内传感器节点采集的机械轴承振动数据汇总并发送至汇聚节点;汇聚节点被配置为将各簇首汇总的机械轴承振动数据发送至数据存储装置。
其中,所述机械轴承振动数据包括待检测机械轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。
优选地,所述传感器节点包括传感器和被配置为将传感器信号转换为对应的机械轴承振动数据的信号适配器,所述信号适配器与传感器连接;还包括被配置为控制采集频率的控制器,所述控制器与传感器连接。
进一步地,所述可视化装置还被配置为:在显示所述机械轴承振动数据之前,对所述机械轴承振动数据进行预处理,包括去除数据异常点和数据归一化处理。
本发明的有益效果为:本发明能够智能实时获取机械轴承振动数据,便于监测人员及时了解机械轴承振动信息,便于监测人员根据机械轴承振动信息进一步分析机械轴承状态,对可能发生故障的机械轴承及时进行检查,减少因机械轴承故障所造成的损失。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的机械轴承振动智能监测***的结构示意框图;
图2是本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意框图。
附图标记:
传感子***1、数据存储装置2、可视化装置3、传感器10、信号适配器20、控制器30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1,本发明实施例提供了机械轴承振动智能监测***,该***包括被配置为采集机械轴承振动数据的传感子***1、被配置为存储机械轴承振动数据的数据存储装置2和被配置为显示所述机械轴承振动数据的可视化装置3;所述传感子***1、可视化装置3皆与所述数据存储装置2连接。
在一种可选的方式中,所述可视化装置还被配置为:在显示所述机械轴承振动数据之前,对所述机械轴承振动数据进行预处理,包括去除数据异常点和数据归一化处理。
在一种能够实施的方式中,所述传感子***1包括汇聚节点和多个被配置为采集机械轴承振动数据的传感器节点,汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络,网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇首并进行分簇;簇首被配置为将簇内传感器节点采集的机械轴承振动数据汇总并发送至汇聚节点;汇聚节点被配置为将各簇首汇总的机械轴承振动数据发送至数据存储装置2。
其中,所述机械轴承振动数据包括待检测机械轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。
其中,如图2所示,所述传感器节点包括传感器10和被配置为将传感器10的信号转换为对应的机械轴承振动数据的信号适配器20,所述信号适配器20与传感器10连接;还包括被配置为控制采集频率的控制器30,所述控制器30与传感器10连接。
本发明上述实施例能够智能实时获取机械轴承振动数据,便于监测人员及时了解机械轴承振动信息,便于监测人员根据机械轴承振动信息进一步分析机械轴承状态,对可能发生故障的机械轴承及时进行检查,减少因机械轴承故障所造成的损失。
在一种实施方式中,簇内各传感器节点若与对应簇首的距离不超过设定的通信距离阈值Lσ,则直接与对应簇首通信;若与对应簇首距离超过设定的通信距离阈值Lσ,传感器节点选择距离对应簇首较近的邻居传感器节点进行通信;其中,传感器节点i的邻居传感器节点为位于传感器节点i通信范围内的其他传感器节点。
本实施例设定了传感器节点与簇首间的通信路由机制,该通信路由机制中,通过距离确定传感器节点是否与簇首直接通信,能够保障传感器节点采集的机械轴承振动数据可靠稳定地发送至簇首。
在一种可选的方式中,传感器节点选择距离对应簇首较近的邻居传感器节点进行通信,包括:
(1)在距离对应簇首较近的邻居传感器节点中,选择符合路径条件的邻居传感器节点作为备选连接节点,归入备选连接节点集合;
(2)传感器节点在备选连接节点集合中选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信;
其中,所述路径条件为:
式中,Oi表示传感器节点i的对应簇首,ij表示传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点中第j个邻居传感器节点;为所述第j个邻居传感器节点与簇首Oi的距离,Lσ为所述设定的通信距离阈值,ni为传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点数量。
本实施例创新性地设定了路径条件,使得与簇首距离超过设定的通信距离阈值时的传感器节点在选择下一跳时,能够避免选择距离簇首较远的下一跳,从而能够有效减少机械轴承振动数据传输时延,同时减少在多跳传输时由于数据流干扰造成的机械轴承振动数据包丢失现象的发生率。
在一个实施例中,传感器节点在机械轴承振动数据传输过程中周期性地计算和更新自身的缓存空间拥堵程度,同时将更新后的缓存空间拥堵程度发送至上一跳的传感器节点;传感器节点实时监测与其通信的邻居传感器节点,当发现该邻居传感器节点的缓存空间拥堵程度超过设定的变化程度阈值时,传感器节点重新选择邻居传感器节点进行通信。
在一种可选的方式中,传感器节点在自己的备选连接节点集合内的其他邻居传感器节点中,重新选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信。
其中,设定初始时缓存空间拥堵程度为0,所述缓存空间拥堵程度的计算公式为:
式中,Si(q)表示传感器节点i在当前周期q时刻计算的缓存空间拥堵程度,di(q)为传感器节点i在当前周期q时刻时自身缓存空间中的机械轴承振动数据包队列长度,di(q-Δq)传感器节点i在上一周期q时刻时自身缓存空间中的机械轴承振动数据包队列长度,Δq为周期间隔时间,di,max为传感器节点i的初始缓存大小;u为缓存空间拥堵程度影响因子,当传感器节点i的下一跳传感器节点的缓存空间拥堵程度超过设定的变化程度阈值时,u=0.1,否则u=0;
式中,为传感器节点i的下一跳传感器节点与对应簇首的距离,Lσ为所述设定的通信距离阈值;Z[di(q)-di(q-Δq)]为设定的判断取值函数,当di(q)-di(q-Δq)≥0时,Z[di(q)-di(q-Δq)]=1,当di(q)-di(q-Δq)<0时,Z[di(q)-di(q-Δq)]=-0.4。
本实施例设定了传感器节点到簇首的路径维护机制,其中设定了缓存空间拥堵程度的计算公式,该缓存空间拥堵程度能够较好地反映下一跳传感器节点到簇首之间路径的拥塞程度。
由于一个传感器节点的剩余缓存空间过小或者有大量机械轴承振动数据包到达时,传感器节点处理机械轴承振动数据包的压力将急剧增大,机械轴承振动数据包将积压在传感器节点的缓存空间中,造成一定的拥塞现象。
基于上述现象,本实施例通过缓存空间拥堵程度来充当衡量这一现象严重程度的指标,当传感器节点发现所通信的邻居传感器节点的缓存空间拥堵程度超过设定的变化程度阈值时,进行下一跳节点的重新选择,能够有效降低机械轴承振动数据包缓存数量过多的传感器节点的处理压力,平衡各传感器节点的负载,有效降低因机械轴承振动数据缓存过多而丢包的概率,进而提高机械轴承振动数据传输的可靠性,为后续对机械轴承的故障监测提供较为全面的数据基础。
在一个实施例中,簇首与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离下限时,簇首直接与汇聚节点通信;簇首与汇聚节点之间的距离超过预设的距离下限时,簇首通过多跳路由的方式将机械轴承振动数据发送至汇聚节点。
在一种可选的方式中,在选择下一跳时,簇首计算各距离汇聚节点更近的邻居簇首的优选值,并从中选择优选值最大的邻居簇首作为下一跳;
设定优选值的计算公式为:
式中,Cab为簇首a的第b个距离汇聚节点更近的邻居簇首的优选值,ST为所述设定的变化程度阈值,Sb(q)为所述第b个距离汇聚节点更近的邻居簇首的当前缓存空间拥堵程度,L(b,o)为所述第b个距离汇聚节点更近的邻居簇首到汇聚节点的距离,Lmin为所述设定的距离下限,L(a,o)为簇首a到汇聚节点的距离;w1、w2为设定的权重系数。
本实施例基于缓存空间拥堵程度和距离因素,创造性地设定了优选值的计算公式,并相应提出了簇首到汇聚节点的通信路由机制。
基于该通信路由机制,本实施例中,簇首与汇聚节点之间的距离超过预设的距离下限时,簇首选择优选值最大的邻居簇首作为下一跳,有利于提高机械轴承振动数据传输的可靠性,且能够尽量缩短机械轴承振动数据传输路径的总长度,节省机械轴承振动数据传输的成本,进而在整体上节省了机械轴承振动智能监测***的监测成本。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.机械轴承振动智能监测***,其特征是,包括被配置为采集机械轴承振动数据的传感子***、被配置为存储机械轴承振动数据的数据存储装置和被配置为显示所述机械轴承振动数据的可视化装置;所述传感子***、可视化装置皆与所述数据存储装置连接;所述传感子***包括汇聚节点和多个被配置为采集机械轴承振动数据的传感器节点,汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络,网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇首并进行分簇;簇首被配置为将簇内传感器节点采集的机械轴承振动数据汇总并发送至汇聚节点;汇聚节点被配置为将各簇首汇总的机械轴承振动数据发送至数据存储装置;所述机械轴承振动数据包括待检测机械轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。
2.根据权利要求1所述的机械轴承振动智能监测***,其特征是,所述传感器节点包括传感器和被配置为将传感器信号转换为对应的机械轴承振动数据的信号适配器,所述信号适配器与传感器连接。
3.根据权利要求2所述的机械轴承振动智能监测***,其特征是,所述传感器节点还包括被配置为控制采集频率的控制器,所述控制器与传感器连接。
4.根据权利要求2所述的机械轴承振动智能监测***,其特征是,所述可视化装置还被配置为:在显示所述机械轴承振动数据之前,对所述机械轴承振动数据进行预处理,包括去除数据异常点和数据归一化处理。
5.根据权利要求1所述的机械轴承振动智能监测***,其特征是,簇内各传感器节点若与对应簇首的距离不超过设定的通信距离阈值Lσ,则直接与对应簇首通信;若与对应簇首距离超过设定的通信距离阈值Lσ,传感器节点选择距离对应簇首较近的邻居传感器节点进行通信;其中,传感器节点i的邻居传感器节点为位于传感器节点i通信范围内的其他传感器节点。
6.根据权利要求5所述的机械轴承振动智能监测***,其特征是,传感器节点选择距离对应簇首较近的邻居传感器节点进行通信,包括:
(1)在距离对应簇首较近的邻居传感器节点中,选择符合路径条件的邻居传感器节点作为备选连接节点,归入备选连接节点集合;
(2)传感器节点在备选连接节点集合中选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信;
其中,所述路径条件为:
式中,Oi表示传感器节点i的对应簇首,ij表示传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点中第j个邻居传感器节点;为所述第j个邻居传感器节点与簇首Oi的距离,Lσ为所述设定的通信距离阈值,ni为传感器节点i的距离簇首较近的邻居传感器节点数量。
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