CN106908726B - 直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备，该系统包括相互耦合的取样模块以及处理器；所述取样模块，用于与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压；所述处理器，用于获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，当检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机处于待检修状态。该系统可以缓解传统的检测系统不能提前预知和判断风扇或者电机的正常工作状态是否即将失效，不便于提前安排维护难的问题。

Description

直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，具体而言，涉及一种直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备。

背景技术

风扇或者直流电机作为一个电子和机械相结合的产品，必然存在它的使用寿命，即使用一段时间后，风扇或者直流电机的电路和机械部分都会慢慢磨损和老化，随之影响风扇或者直流电机的正常使用。

当把风扇或者直流电机用于工业领域时，风扇或者直流电机的正常工作是生产正常进行的保证。例如将风扇应用于系统散热，一旦风扇发生故障，风扇就不能继续帮助整个系统进行散热，整个系统的散热将很大程度受到影响。由于风扇或者直流电机的工作状况是不确定的，只有在发生故障、造成事实影响后才能被发现，对整个系统的警告是滞后的。因此，传统的系统不能提前预知和判断风扇或者直流电机的正常工作状态是否即将失效，不便于提前安排维护。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备，以改善传统的系统不能提前预知和判断直流电机的正常工作状态是否即将失效，不便于提前安排维护难的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种直流电机的工作状态检测系统，所述系统包括相互耦合的取样模块以及处理器；所述取样模块，用于与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压；所述处理器，用于获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，当检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机处于待检修状态。

第二方面，本发明实施例提供了一种直流电机的工作状态检测方法，所述方法应用于直流电机的工作状态检测系统，所述系统包括相互耦合的取样模块以及处理器，所述方法包括：所述取样模块与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压；所述处理器获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，检测所述转速以及所述工作电压的变化状态是否满足预设条件；若所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件，所述处理器判断所述直流电机处于待检修状态。

第三方面，本发明实施例提供了一种网络设备，所述网络设备包括有直流电机以及第一方面和第二方面所提及的直流电机的工作状态检测系统，所述直流电机与所述直流电机的工作状态检测系统耦合，所述直流电机的工作状态检测系统用于检测所述直流电机的工作状态。

与现有技术相比，本发明各实施例提出的直流电机的工作状态检测系统、方法以及网络设备。直流电机的工作状态检测系统包括的取样模块可以与直流电机进行耦合，获取直流电机的工作电压，再将该工作电压传输给耦合的处理器此外，处理器还可以获取所述直流电机的转速。当处理器检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，则判断所述直流电机处于待检修状态，从而实现处理器在直流电机发生故障前可以提前预知改善了传统的检测系统不便于提前安排维护难的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的一种实施方式的取样模块的结构框图；

图3为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的取样电路的电路图；

图4为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的另一种实施方式的取样模块的结构框图；

图5为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的工作电压在整形前的波形图；

图6为本发明第一实施例提供的直流电机的工作状态检测系统的另一种实施方式的结构框图；

图7为本发明第二实施例提供的一种网络设备的结构框图；

图8为本发明第三实施例提供的直流电机的工作状态检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

如图1所示，是本发明实施例提供的一种直流电机的工作状态检测系统100的结构框图。所述直流电机的工作状态检测系统100包括依次耦合的取样模块110以及处理器120。

取样模块110是一种集成了多种仪器的集成模块，用于与待检测的直流电机进行耦合后获取待检测的直流电机的工作电压。

处理器120用于获取所述直流电机的转速以及取样模块110获取到的工作电压。

其中，处理器120可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器120可以是通用处理器，包括处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

当处理器120检测到所述转速以及取样模块110所采集到的工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述待检测的直流电机处于待检修状态。

所述直流电机处于待检修状态是指直流电机的运转不处于预设的正常工作状态。所述预设的正常工作状态是指直流电机的转速以及直流电机的工作电流所对应的工作电压满足预设值，该预设值表征直流电机运转正常。

作为一种实施方式，请参看图2，所述取样模块110可以包括依次耦合的取样电路111、信号放大器112以及模数转换器113，所述模数转换器113还与所述处理器120耦合，使得所述处理器120可以接收所述模数转换器113进行模数转换后得到的数据。

其中，所述取样电路111用于与所述直流电机耦合，以采集所述直流电机的工作电流，将所述工作电流转换为模拟工作电压。由于是将电能转换成了直流电机的机械能，所述模拟工作电压与所述直流电机的转速成反比，即直流电机的转速越慢，所述直流电机的工作电流越大，相应地，由所述工作电流转换而成的模拟工作电压也越大。因此，可以由直流电机的工作电流反应出直流电机的工作状况。

取样电路111可以是任意电流采样电路通过加负载而形成的电路。作为一种实施方式，请参看图3，图3示出了一种取样电路111的电路图，当然，其他可以用来实现取样的电路均适用于本发明实施例。

信号放大器112是一种对信号进行放大的元器件，常常用于对模拟信号进行放大处理。由于经过取样电路111转换得到的模拟工作电压信号较弱，不便于记录，因此采用信号放大器112对模拟工作电压进行放大，得到放大后的模拟工作电压。本发明实施例可以直接采用常见的运算放大器，如mA741单运放。

模数转换器113是一种将模拟信号转换为数字信号的元器件。于本发明实施例中，模数转换器113用于对运算放大器输出的放大后的模拟工作电压进行模数转换，得到量化后的数字工作电压，并将数字工作电压在时间上进行积分计算出电压的有效值，作为所述直流电机的工作电压。本发明实施例可以直接采用常见的模数转换器，例如ADI公司的AD9240ASZ，当然，其他公司的其他型号也可以实现本发明实施例所提及的模数转换器113的功能，此处不再赘述。

值得指出的是，于本实施例中，所述直流电机上设置有转速信号输出接口，该转速信号输出接口可以实时输出直流电机的转数。所述处理器120与所述模数转换器113耦合的同时，还与所述直流电机的转速信号输出接口耦合，用于获取所述直流电机的转数。

由于并不是所有的直流电机都设置有转速信号输出接口，对于没有设置转速信号输出接口的直流电机，处理器120可能无法获取到所述直流电机的转数。

又由于直流电机的转动是由内部线圈交替工作驱动的，所以线圈交替工作的电流不连续，且呈现出周期性变化，电流的变化周期与直流电机的转速成反比。将该周期性变化的电流对应的电压波形整形后得到的方波的频率与直流电机的转速成正比。因此，可以通过检测直流电机的工作电压所形成的波形的频率得到所述直流电机的转速。

为了通过检测直流电机的工作电压波形而得到直流电机的转速，作为一种实施方式，请参看图4，所述取样模块110还可以包括与所述信号放大器112以及所述处理器120耦合的滤波器114。

滤波器114可以将由信号放大器112放大后的模拟工作电压进行整形滤波，得到周期性方波。

相应地，所述处理器120，还可以用于获取所述周期性方波，并根据所述周期性方波的频率得到所述直流电机的转速。

滤波器是一种可以对不规则波形进行滤波，从而滤除波形由于震荡等原因形成的不规则部分，使得不规则波形成为规则的便于观察的波形，例如方波、三角波或者正余弦波等。本发明实施例可以选择采用施密特触发器对放大后的模拟工作电压进行整形滤波。

例如，风扇所对应的直流电机的规格为48V，7500转/分钟。接通电源后直流电机开始旋转工作，同时，直流电机工作时的工作电流会流过直流电机的线缆。如图5所示，通过取样电路111可以得到工作电流所对应的工作电压的信号，该工作电压的信号通过信号放大器112进行放大后后仍然是不规则的周期信号。将图5中的不规则波形经过施密特触发器进行整形，得到周期性方波信号。从不规则的周期信号可以看出，每个电流信号的周期为2毫秒，直流电机每旋转一周会产生4个周期的电流波形(风直流电机有4对磁极)，即直流电机每旋转一周的时间为8毫秒，由此可以计算60秒/8毫秒等于7500转，即可以算出直流电机每分钟旋转7500转。

直流电机在工作一段时间后，其转速会逐渐减小，随着时间的推移，最后停止转动转速为零，直流电机发生故障。在整个渐变过程中，随着转速的慢慢降低，工作电流将慢慢增大，可以将直流电机转速的慢慢降低，且工作电流的将慢慢增大作为直流电机即将故障失效的先兆。因此，当处理器120获取到直流电机的转速以及所述工作电压后，可以将直流电机的转速以及所述工作电压与预设条件进行匹配。

其中，作为一种实施方式，所述预设条件可以是所述直流电机的转速小于预先设定的转速值或者转速范围值，且所述工作电压大于预先设定的电压值或者电压范围值。所述预先设定的转速值、预先设定的转速范围值、预先设定的工作电压以及预先设定的工作电压范围值均可以是由所述处理器120获取的由工作人员预先录入的数据。

当处理器120获取到的直流电机的转速以及所述工作电压满足预设条件后，表征所述直流电机即将待检修状态，即所述直流电机即将发生故障，需要维护人员及时进行维护或者更换。

作为另一种实施方式，所述预设条件可以是所述直流电机的转速小于所述直流电机的平均转速的M％，且所述直流电机的工作电压大于所述直流电机的平均工作电压的N％。其中，M和N取平均数为100，即M为95，则N为105，M为90，则N为110。

平均转速和平均工作电压可以是由所述处理器120在直流电机处于正常工作状态时，运行某一时间段后，通过机器学习得到的该时间段的平均转速以及平均工作电压。

以M取90N取110为例，当处理器120获取到的直流电机的转速在平均转速的基础上降低了10％，且直流电机的工作电压超过平均工作电压的10％时，表征所述直流电机即将待检修状态，即所述直流电机即将发生故障，需要维护人员及时进行维护或者更换。

请参看图6，作为一种实施方式，所述系统100还可以包括预警装置130，所述预警装置130与所述处理器120耦合。

预警装置130可以是蜂鸣器或者是LED灯，所述处理器120还用于在判断所述直流电机处于待检修状态时向所述预警装置130发送预警指令，以使所述预警装置发出警示信息。以蜂鸣器为例，当处理器120判断所述直流电机处于待检修状态时，可以给蜂鸣器一个发送指令，蜂鸣器在接收到指令后发出蜂鸣，示意维护人员需要对直流电机进行维护或者更换。再或者，当处理器120判断所述直流电机处于待检修状态时，可以给蜂鸣器一个低电平信号，使得蜂鸣器进行蜂鸣，维护人员在接受到蜂鸣后可以在直流电机的工作状态检测系统100工作的间隙期及时对直流电机进行维护或更换，避免了直流电机所在的其他系统或大型设备在运行过程中停机的风险，从而极大地提高了系统运行的可靠性，可以避免在生产过程中的经济损失。

本发明实施例所提供了一种直流电机的工作状态检测系统100，系统100所包括的取样模块110可以与直流电机进行耦合，从而获取直流电机的工作电压；取样模块110与处理器120耦合，可以将工作电压发送给处理器120，此外，直流电机的工作状态检测系统100所包括的处理器120还可以获取所述直流电机的转速。当处理器120检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机处于待检修状态，即处理器120在直流电机发生故障前，可以提前预知和判断直流电机的正常工作状态即将失效，解决了传统的检测系统不便于提前安排维护难的问题，避免了直流电机所在的其他系统或大型设备在运行过程中停机的风险，从而极大地提高了系统运行的可靠性，可以避免在生产过程中的经济损失。

第二实施例

请参看图7，本发明实施例提供了一种网络设备200，所述网络设备200包括有直流电机210以及第一实施例任意实施方式所述的直流电机的工作状态检测系统100。

所述直流电机210与所述直流电机的工作状态检测系统100耦合，具体地，所述直流电机的工作状态检测系统100的取样模块111与直流电机210的外围电路耦合，用以获取所述直流电机210的工作电压。

所述直流电机的工作状态检测系统100用于检测所述直流电机210的工作状态，以使得所述直流电机210的转速以及工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机210处于待检修状态。

本实施例对网络设备200的部分实现各自功能的过程，请参见上述图1至图7所示实施例中描述的内容，此处不再赘述。

第三实施例

请参照图8，图8是本发明第三实施例提供的直流电机的工作状态检测方法的流程图，所述方法应用于直流电机的工作状态检测系统100，所述系统100包括相互耦合的取样模块110以及处理器120。下面将对图8所示的流程进行阐述，所述方法包括：

步骤S110：所述取样模块与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压。

步骤S120：所述处理器获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，检测所述转速以及所述工作电压的变化状态是否满足预设条件。

其中，所述预设条件为所述直流电机的转速小于预设转速值，且所述工作电压大于预设电压值。

步骤S130：若所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件，所述处理器判断所述直流电机处于待检修状态。

此外，作为一种实施方式，所述取样模块110可以包括依次耦合的取样电路111、信号放大器112以及模数转换器113，所述模数转换器113还与所述处理器120耦合。

所述获取所述直流电机的工作电压，包括所述取样电路111与所述直流电机耦合，采集所述直流电机的工作电流，将所述工作电流转换为模拟工作电压；所述信号放大器112将所述模拟工作电压进行放大，得到放大后的模拟工作电压；所述模数转换器113将所述放大后的模拟工作电压进行模数转换，得到数字工作电压，作为所述工作电压。

本实施例对直流电机的工作状态检测方法的各步骤的实现过程，请参见上述图1至图7所示实施例中描述的内容，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提出的一种直流电机的工作状态检测系统100、方法以及网络设备200，直流电机的工作状态检测系统100所包括的取样模块110可以与直流电机进行耦合，从而获取直流电机的工作电压；取样模块110与处理器120耦合，可以将工作电压发送给处理器120，此外，直流电机的工作状态检测系统100所包括的处理器120还可以获取所述直流电机的转速。当处理器120检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机处于待检修状态，即处理器120在直流电机发生故障前，可以提前预知和判断直流电机的正常工作状态即将失效，解决了传统的检测系统不便于提前安排维护难的问题，避免了直流电机所在的其他系统或大型设备在运行过程中停机的风险，从而极大地提高了系统运行的可靠性，可以避免在生产过程中的经济损失。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种直流电机的工作状态检测系统，其特征在于，所述系统包括相互耦合的取样模块以及处理器；

所述取样模块，用于与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压；

所述处理器，用于获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，当检测到所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件时，判断所述直流电机处于待检修状态，其中，所述预设条件为所述直流电机的转速小于所述直流电机的平均转速的M％，且所述直流电机的工作电压大于所述直流电机的平均工作电压的N％，M和N取平均数为100。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述取样模块包括依次耦合的取样电路、信号放大器以及模数转换器，所述模数转换器还与所述处理器耦合；

所述取样电路，用于与所述直流电机耦合，采集所述直流电机的工作电流，将所述工作电流转换为模拟工作电压；

所述信号放大器，用于将所述模拟工作电压进行放大，得到放大后的模拟工作电压；

所述模数转换器，用于将所述放大后的模拟工作电压进行模数转换，得到数字工作电压，作为所述工作电压。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述取样模块还包括与所述信号放大器以及所述处理器耦合的滤波器；

所述滤波器，用于将所述放大后的模拟工作电压进行整形滤波，得到周期性方波；

所述处理器，具体用于获取所述周期性方波，根据所述周期性方波的频率得到所述直流电机的转速。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述直流电机设置有转速信号输出接口，所述处理器，具体用于与所述转速信号输出接口耦合，基于所述转速信号输出接口输出的转速信号获取所述直流电机的转速。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预警装置，所述预警装置与所述处理器耦合，所述处理器还用于在判断所述直流电机处于待检修状态时向所述预警装置发送预警指令，以使所述预警装置发出警示信息。

6.一种网络设备，其特征在于，所述网络设备包括有直流电机以及权利要求1-5中任一项权利要求所述的直流电机的工作状态检测系统，所述直流电机与所述直流电机的工作状态检测系统耦合，所述直流电机的工作状态检测系统用于检测所述直流电机的工作状态。

7.一种直流电机的工作状态检测方法，其特征在于，所述方法应用于直流电机的工作状态检测系统，所述系统包括相互耦合的取样模块以及处理器，所述方法包括：

所述取样模块与直流电机耦合，获取所述直流电机的工作电压；

所述处理器获取所述直流电机的转速以及所述工作电压，检测所述转速以及所述工作电压的变化状态是否满足预设条件；

若所述转速以及所述工作电压的变化状态满足预设条件，所述处理器判断所述直流电机处于待检修状态，其中，所述预设条件为所述直流电机的转速小于所述直流电机的平均转速的M％，且所述直流电机的工作电压大于所述直流电机的平均工作电压的N％，M和N取平均数为100。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述取样模块包括依次耦合的取样电路、信号放大器以及模数转换器，所述模数转换器还与所述处理器耦合；所述获取所述直流电机的工作电压，包括：

所述取样电路与所述直流电机耦合，采集所述直流电机的工作电流，将所述工作电流转换为模拟工作电压；

所述信号放大器将所述模拟工作电压进行放大，得到放大后的模拟工作电压；

所述模数转换器将所述放大后的模拟工作电压进行模数转换，得到数字工作电压，作为所述工作电压。