CN205002878U - 一种无线振动传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无线振动传感器，将振动测量装置安装在旋转设备上，随着旋转设备转动，以一定的时间间隔监测旋转设备的振动情况，通过DSP（数字信号处理器），对信号进行处理（包括时域分析与频域分析），提取信号的特征值，与给定的正常特征值进行比对，得出设备运行状态的结论，在传感器中完成对设备状态的诊断，随后将设备状态传输到上位机，达到对设备的监测作用。由于更贴近故障源，传感器距离故障而产生的振动信号源更近，检测到的振动信号更强、受到其他振动信号干扰较小，在信号处理的过程中更容易将故障振动信号与其他信号分离开来，便于信号分析处理的进行，提高了故障信号的分辨率，使得信号分析可在传感器中完成。

Description

一种无线振动传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种智能无线振动传感器。

背景技术

无线振动传感器在设备的状态检测和故障诊断领域中应用很广，利用振动传感器检测特定设备的振动信号、利用后续电路对信号进行滤波、A\D转换等处理，经由控制芯片以及无线射频发射芯片将信号传出至上位机中，在上位机中利用时域分析、频域分析或时频域分析将振动信号中的特征信息提取出来，完成对设备的诊断工作。

随着对生产设备状况监测的需求越来越高，出现了对生产设备的某一部件状态进行精密、持续性监测的要求，例如旋转的部件，或是可移动的部件。而大多数情况下，这些部件的体积都较小，若利用手持式有线振动测量装置，可满足传感器的安装要求，但在利用手持式装置测量过程中传感器信号输出线及电源线会发生缠绕造成危险导致无法测量，而且定时的测量又过于耗费人力。现有的无线传感器大多体积过大，无法满足安装在旋转或可移动的部件上的要求。

现有的传感器大多将信号传输至上位机中进行分析，无法做到在传感器中直接进行分析采集到的振动信号。

随着MEMS技术和电子技术的发展，现有的技术可以将传感器、信号处理电路以及控制电路等制作得小型化、高性能化、智能化。

如公布号为CN103231630A的实用新型专利公开了一种名为“微型智能传感器”的实用新型创造，该传感器包括壳体、电路板以及与电路板层叠设置的电池。可有效减小无线传感器的体积。

现有的无线振动传感器大多具备以上所述的测量、信号无线传输的功能。然而，现有的无线振动传感器由于体积过大、或为了小体积而牺牲性能。例如晶明科技生产的JM5843无线加速度测试***，体积偏小，为60(长)*46(宽)*38(高)，测量带宽为0-500HZ。但仍不满足安装在可移动设备上、高带宽高频率测量的要求。现今缺少一种小体积、高性能、智能化、可以安装在可以旋转的设备上在密封条件下对运动设备进行测量的无线传感器。

为了减小无线传感器的体积，需要减小各个元器件的体积。通过对元器件性能、体积的选取、合理的设计电路、布线以及加装DSP等可实现无线振动传感器的小型化、高性能化、智能化。

通过特定的算法对采集到的振动信号数据进行处理，通过对信号特征值的分析完成对设备状态的诊断，可直接对上位机输出被测装置的状态。

现有的高带宽、高测量范围的振动测量设备大多是传感器、信号线和检测设备相结合的方式，无法满足远距离传输、无线、小体积的要求，而现有的测量设备把信号分析的功能全部交给上位机，无法做到在无线传感器中直接对信号进行分析得出结论。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术检测无法贴近故障源的不足，提供一种体积小、高频高带宽可以安装在旋转设备上、可独立完成监测工作的无线振动传感器。

一种无线振动传感器，包括壳体和设置在壳体内的电源管理单元、DSP数据采集单元、无线传输单元、双单元集成电路板、天线，双单元集成电路板包括MEMS加速度传感器和信号处理单元，各单元采用层叠放置，双单元集成电路板设置于靠近测量物体表面一层，DSP数据采集单元设置于双单元集成电路板上一层，无线传输单元设置于第三层，伸出天线至壳体外，电源管理单元设置于最远离测量物体表面的一层，所述的信号处理单元、DSP数据采集单元、无线传输单元均与电源管理单元相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体采用螺钉连接或磁吸盘的方式与被测物体相连接；或在底部安装与被测物体弧度相对应的连接件后再利用粘接与被测物体相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的信号处理单元包括运算放大电路以及16位AD转换芯片，所述信号处理单元将MEMS加速度传感器产生的电信号进行放大、滤波，经由16位AD转换芯片转化为数字信号输出；所述DSP数据采集单元包括一个数字信号处理芯片以及相关电路，计算数字信号的平均值、均方值、峰值、歪度、峭度，或对数字信号进行FFT变换，提取特征值，与正常的特征值进行比对，判断设备的运行状态，随后将设备的运行状态发给无线传输单元，或直接将采集到的振动数字信号传输给无线传输单元；所述的无线传输单元将设备运行状态或振动的数字信号用无线传输模块输出至上位机。

作为本实用新型的进一步改进，所述的MEMS加速度传感器采用ADXL001

作为本实用新型的进一步改进，所述的信号处理单元采用AD8606运算放大器以及AD7916模数转换ADC。

作为本实用新型的进一步改进，所述的DSP数据采集单元采用TMS320F2812。

作为本实用新型的进一步改进，所述的无线传输单元采用ZigBee传输技术，或者是Wifi传输技术。

本实用新型的有益效果是：

体积小：采用小体积的MEMS加速度传感器，利用层叠放置将电路安装在装置内，有效减小了装置体积。本装置不会在旋转测量的过程中与其他装置发生干扰碰撞。

噪声低：选用低功耗的处理芯片，采用并设计电源管理电路，装置不工作时保持待机状态。

数量可扩展：由于本装置体积小，可以分布放在多个旋转设备上进行测量，构建成为一个无线传感器网络，更***的检测设备的运行状态。

智能化：可在传感器内部直接对采集到的振动信号进行分析处理，得出被测设备的状态结论，一旦发现故障会立即报警，节省了在上位机中分析时间。

附图说明

图1是本实用新型无线振动传感器实例示意图；

图2是本实用新型无线振动传感器结构示意图。

图中各部件名称如下：

无线传感器装置100、连接件200、轴300、壳盖101、电源管理单元102、DSP数据采集单元103、壳身104、无线传输单元105、双单元集成电路板106、天线107。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

本实用新型设计一款拥有小体积、高性能、可粘接在运动设备上随之转动、稳定性好的无线振动检测装置，而且本实用新型可在传感器内部对采集到的振动信号进行处理与分析，完成对设备的状态监测或故障检测。

如图1所示，所述的新型传感器底部用螺纹连接与连接件200相连，连接件用胶粘的方式与轴300形成面接触。

如图2所示，一种小型高性能无线振动传感器，所述的新型小体积无线振动传感装置包括一个MEMS加速度传感器，电源管理单元102，信号处理单元，DSP数据采集单元103、无线传输单元105以及壳体。

所述的小型高性能无线振动传感器内部各单元采用层叠放置，MEMS加速度传感器、信号处理单元双单元集成电路板106放置于靠近测量物体表面一层，DSP数据采集单元103安装于双单元集成电路上一层，无线传输单元105安装于第三层，伸出天线至壳体外，电源管理单元102安装于最远离测量物体表面的一层。在装置的最上端可以打开，便于电池的充电及各元件的更换。各个层叠电路板间采用螺钉固定。利用这种方式可有效减小(这里的减小接触面积是指利用层叠的放置方法可减小传感器与测量装置的接触面积)传感器与测量物体的接触面积，虽然壳体高度有所增加，不过由于各个电路板厚度较薄，电路板层叠不会对整个装置的高度产生太大的影响，可达到放置于测量物体表面的要求。(MEMS:微机电***)。

壳体可采用螺钉连接或磁吸盘的方式与被测物体相连接；若被测物体表面不平整，可利用粘接的方式与被测物体连接；若被测物体表面有弧度，例如轴，可在底部安装与被测物体弧度相对应的连接件后再利用粘接与被测物体相连。

所述的信号处理单元包括运算放大电路以及16位AD转换芯片。所述信号处理单元将MEMS加速度传感器产生的电信号进行放大、滤波，经由16位AD转换芯片转化为数字信号输出。

所述的DSP数据采集单元103包括一个数字信号处理芯片以及相关电路，可计算数字信号的平均值、均方值、峰值、歪度、峭度等，或对数字信号进行FFT变换，提取特征值，与正常的特征值进行比对，判断设备的运行状态，随后将设备的运行状态发给无线传输单元105；

或可直接将采集到的振动数字信号传输给无线传输单元105。

所述的无线传输单元105将设备运行状态或振动的数字信号用无线传输模块输出至上位机。

所述的信号处理单元、模数转换单元、DSP数据采集单元103、无线传输单元105均与电源管理单元102相连接。

所述的MEMS加速度传感器采用ADXL001。

所述的信号处理单元采用AD8606运算放大器以及AD7916模数转换ADC。

所述的DSP数据采集单元103采用TMS320F2812。

所述的无线传输单元105采用ZigBee传输技术，或者是Wifi传输技术。

所述的MEMS加速度传感器、电源管理单元102、信号处理单元，DSP数据采集单元103以及无线传输单元105全部安装在所述本装置的壳体内。

被测物体的振动通过连接件、壳体传输至MEMS加速度传感器中。MEMS加速度传感器把加速度信号转换为电信号输出，进入信号处理单元对信号进行放大、滤波，并将处理后的电压标准信号进行AD转换，将数字信号输入进DSP数据采集单元103对信号进行贮存和处理。随后将信号用无线传输单元105天线将信号传输至上位机中。期间，电源管理单元102保持对MEMS加速度传感器、信号处理单元、DSP数据采集单元103、无线传输单元105的供电。

本实用新型将振动测量装置安装在旋转设备上，随着旋转设备转动，以一定的时间间隔监测旋转设备的振动情况，通过DSP(数字信号处理器)，对信号进行处理(包括时域分析与频域分析)，提取信号的特征值，与给定的正常特征值进行比对，得出设备运行状态的结论，在传感器中完成对设备状态的诊断，随后将设备状态传输到上位机，达到对设备的监测作用。由于更贴近故障源，传感器距离故障而产生的振动信号源更近，检测到的振动信号更强、受到其他振动信号干扰较小，在信号处理的过程中更容易将故障振动信号与其他信号分离开来，便于信号分析处理的进行，提高了故障信号的分辨率，使得信号分析可在传感器中完成。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线振动传感器，其特征在于：包括壳体和设置在壳体内的电源管理单元(102)、DSP数据采集单元(103)、无线传输单元(105)、双单元集成电路板(106)、天线(107)，双单元集成电路板(106)包括MEMS加速度传感器和信号处理单元，各单元采用层叠放置，双单元集成电路板(106)设置于靠近测量物体表面一层，DSP数据采集单元(103)设置于双单元集成电路板(106)上一层，无线传输单元(105)设置于第三层，伸出天线至壳体外，电源管理单元(102)设置于最远离测量物体表面的一层，所述的信号处理单元、DSP数据采集单元(103)、无线传输单元(105)均与电源管理单元(102)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述壳体采用螺钉连接或磁吸盘的方式与被测物体相连接；或在底部安装与被测物体弧度相对应的连接件(200)后再利用粘接与被测物体相连。

3.根据权利要求1所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述的信号处理单元包括运算放大电路以及16位AD转换芯片，所述信号处理单元将MEMS加速度传感器产生的电信号进行放大、滤波，经由16位AD转换芯片转化为数字信号输出；所述DSP数据采集单元(103)包括一个数字信号处理芯片以及相关电路，计算数字信号的平均值、均方值、峰值、歪度、峭度，或对数字信号进行FFT变换，提取特征值，与正常的特征值进行比对，判断设备的运行状态，随后将设备的运行状态发给无线传输单元(105)，或直接将采集到的振动数字信号传输给无线传输单元(105)；所述的无线传输单元(105)将设备运行状态或振动的数字信号用无线传输模块输出至上位机。

4.根据权利要求3所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述的MEMS加速度传感器采用ADXL001。

5.根据权利要求3所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述的信号处理单元采用AD8606运算放大器以及AD7916模数转换ADC。

6.根据权利要求3所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述的DSP数据采集单元(103)采用TMS320F2812。

7.根据权利要求3所述的一种无线振动传感器，其特征在于：所述的无线传输单元(105)采用ZigBee传输技术，或者是Wifi传输技术。