CN111537063A - 一种船闸机械振动监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船闸监测技术领域，具体公开了一种船闸机械振动监测方法，其中，包括：实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸主体上；当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。本发明还公开了一种船闸机械振动监测装置及系统。本发明提供的船闸机械振动监测方法能够实时了解和掌握船闸的运行状况，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。

Description

一种船闸机械振动监测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及船闸监测技术领域，尤其涉及一种船闸机械振动监测方法、船闸机械振动监测装置及包括该船闸机械振动监测装置的船闸机械振动监测系统。

背景技术

内河航运在我国交通运输系统中扮演着重要角色，而船闸是航运枢纽中最重要的角色之一，长期工作在低速重载的工况条件下，门体会受到严重磨损的情况，而且在船闸开启闭运转过程中，由于受到涌浪、水流冲击和水体内一些微生物、漂浮物的影响，会使门体振动加剧，特别是当振动频率接近人字门固有频率时，会引起门体共振，对闸门造成灾难性的后果。

目前维护人员在设备维护检测过程中经常使用常用方法为听诊器法：将听诊器靠在设备外壳上，借助听诊器传递设备运转的音质来判断故障，该方法工作人员需要专业培训和经验积累的过程，而且做不到对设备的24小时不间断监测。另外常用的还有手持振动检测仪法：通过传感器对设备振动数据进行采集，根据输出的振动数值判断设备是否正常工作，该方法的特点是操作简单，根据数值即可判断，但是该方法同样无法做到对设备的24小时不间断监测。

发明内容

本发明提供了一种船闸机械振动监测方法、船闸机械振动监测装置及包括该船闸机械振动监测装置的船闸机械振动监测系统，解决相关技术中存在的无法实施对船闸的状态进行检测的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种船闸机械振动监测方法，其中，包括：

实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸主体上；

当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

进一步地，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述当所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据的步骤前进行的：

判断所述加速度信号的数量是否大于或者等于预设数量阈值；

若所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值，则判定所述加速度信号满足处理条件。

进一步地，所述当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据，包括：

对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据。

进一步地，所述对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据中的转换处理公式包括：

其中，a表示船闸的振动加速度数据，D表示所述加速度信号的数字量。

进一步地，所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，包括：

根据所述船闸的振动加速度数据进行FFT计算，得到船闸的振动频率；

根据所述船闸的振动加速度进行两次积分运算，得到船闸的振动幅度。

进一步地，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度的步骤后进行的：

判断所述船闸的振动频率是否小于或者等于预设频率阈值，以及判断所述船闸的振动幅度是否小于或者等于预设幅度阈值；

若所述船闸的振动频率大于所述预设频率阈值，和/或，所述船闸的振动幅度大于所述预设幅度阈值，则发出报警信号。

作为本发明的另一个方面，提供一种船闸机械振动监测装置，其中，包括：

获取模块，用于实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸上；

处理模块，用于当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

计算模块，用于对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

发送模块，用于将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

作为本发明的另一个方面，提供一种船闸机械振动监测系统，其中，包括：上位机、至少两个加速度检测装置和至少两个前文所述的船闸机械振动监测装置，所述加速度检测装置和所述船闸机械振动监测装置均设置在船闸主体上，每个所述加速度检测装置均与一个所述船闸机械振动监测装置通信连接，每个所述船闸机械振动监测装置均与所述上位机通信连接；

所述加速度检测装置用于实时检测船闸主体的加速度信号；

所述船闸机械振动监测装置用于将对应的加速度检测装置的加速度信号进行信号处理后得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，并将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机；

所述上位机用于接收并显示所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度。

进一步地，所述船闸机械振动监测系统还包括：至少两个模数转换装置和至少两个电源装置，每个所述模数转换装置分别与对应的所述加速度检测装置和所述船闸机械振动监测装置通信连接，每个所述电源装置分别与对应的所述船闸机械振动监测装置电连接，

所述模数转换装置用于将所述加速度检测装置检测得到的加速度信号进行模数转换，得到数字化的加速度信号，并发送至对应的所述船闸机械振动监测装置；

所述电源装置用于为对应的所述船闸机械振动监测装置提供电源供应。

进一步地，所述船闸机械振动监测系统还包括：至少两个报警装置，每个所述报警装置均与对应的所述船闸机械振动监测装置通信连接，所述报警装置用于根据所述船闸机械振动监测装置发出的报警信号进行报警。

本发明提供的船闸机械振动监测方法，通过实时获取加速度检测装置的加速度信号，并对加速度信号进行处理后，能够实时监测到船闸的振动频率和振动幅度，从而可以方便的分析船闸的运行状态，这种船闸机械振动监测方法能够实时了解和掌握船闸的运行状况，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。同时，也可对船闸检修与维护工作提出合理性建议，保证船闸的长期有效稳定工作。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的船闸机械振动监测方法的流程图。

图2为本发明提供的船闸机械振动监测方法的具体实施方式流程图。

图3为本发明提供的船闸机械振动监测系统的结构框图。

图4为本发明提供的船闸机械振动监测系统的具体安装结构示意图。

图5为本发明提供的船闸机械振动监测系统的具体实施方式结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种船闸机械振动监测方法，图1是根据本发明实施例提供的船闸机械振动监测方法的流程图，如图1所示，包括：

S110、实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸主体上；

S120、当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

S130、对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

S140、将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

本发明实施例提供的船闸机械振动监测方法，通过实时获取加速度检测装置的加速度信号，并对加速度信号进行处理后，能够实时监测到船闸的振动频率和振动幅度，从而可以方便的分析船闸的运行状态，这种船闸机械振动监测方法能够实时了解和掌握船闸的运行状况，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。同时，也可对船闸检修与维护工作提出合理性建议，保证船闸的长期有效稳定工作。

具体地，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述当所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据的步骤前进行的：

判断所述加速度信号的数量是否大于或者等于预设数量阈值；

若所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值，则判定所述加速度信号满足处理条件。

需要说明的是，如图2所示，在对加速度信号进行处理前需要判断加速度信号是否满足处理条件，只有当加速度信号满足处理条件时，才对加速度信号进行信号处理。在一些实施例中，所述处理条件具体可以为，加速度信号的数量是否大于或者等于预设数量阈值，例如，该预设数量阈值可以为2048个，即当接收到的加速度信号的数量满足2048个时，才可以判定加速度信号满足处理条件。

具体地，所述当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据，包括：

对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据。

进一步具体地，所述对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据中的转换处理公式包括：

其中，a表示船闸的振动加速度数据，D表示所述加速度信号的数字量。

需要说明的是，在一些实施例中，所述加速度检测装置具体可以为3轴加速度传感器。3轴加速度传感器用来检测船闸的机械振动，同时检测Y轴和Z轴的加速度信号，3轴加速度传感器输出的信号为0～5V之间的模拟量，参考电压为2.5V，3轴加速度传感器的量程设置为±16g。3轴加速度传感器将检测的2路模拟量输入至模数转换装置，模数转换装置的量程为0-65535，模数转换装置将模拟量转为数字量。通过以下公式将数字量的加速度信号转换为船闸的振动加速度数据：

其中，a为检测的真实的加速度，单位g，D为模数转换装置输出的数字量的加速度信号，范围为0～65535。

具体地，所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，包括：

根据所述船闸的振动加速度数据进行FFT计算，得到船闸的振动频率；

根据所述船闸的振动加速度进行两次积分运算，得到船闸的振动幅度。

应当理解的是，通过以上步骤可得船闸的振动加速度数据a。通过持续振动加速度信号，然后进行2048点FFT(快速傅里叶法)计算，以此得到船闸的振动频率。同时，对船闸的振动加速度数据进行两次积分运算，计算得出振动幅度，对所有的加速度信号进行上述运算，可以得到船闸的振动幅度的变化情况。再将该振动频率和振动幅度信息通过通信接口发送至上位机，持续检测船闸的运行状态。

具体地，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度的步骤后进行的：

判断所述船闸的振动频率是否小于或者等于预设频率阈值，以及判断所述船闸的振动幅度是否小于或者等于预设幅度阈值；

若所述船闸的振动频率大于所述预设频率阈值，和/或，所述船闸的振动幅度大于所述预设幅度阈值，则发出报警信号。

应当理解的是，通过设置预设频率阈值和预设幅度阈值，可以在船闸的振动频率和船闸的振动幅度超过阈值时发出报警信号，以便提醒工作人员船闸出现故障，方便工作人员及时获取到船闸的故障状态。

需要说明的是，所述预设频率阈值和预设幅度阈值可以根据需要进行设定，此处不做限定。

作为本发明的另一实施例，提供一种船闸机械振动监测装置，其中，包括：

获取模块，用于实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸上；

处理模块，用于当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

计算模块，用于对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

发送模块，用于将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

本发明实施例提供的船闸机械振动监测装置，通过实时获取加速度检测装置的加速度信号，并对加速度信号进行处理后，能够实时监测到船闸的振动频率和振动幅度，从而可以方便的分析船闸的运行状态，这种船闸机械振动监测装置能够实时了解和掌握船闸的运行状况，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。同时，也可对船闸检修与维护工作提出合理性建议，保证船闸的长期有效稳定工作。

需要说明的是，在一些实施例中，所述船闸机械振动监测装置具体可以为单片机。

作为本发明的另一实施例，提供一种船闸机械振动监测系统10，其中，如图3和图4所示，包括：上位机100、至少两个加速度检测装置200和至少两个前文所述的船闸机械振动监测装置300，所述加速度检测装置200和所述船闸机械振动监测装置300均设置在船闸主体20上，每个所述加速度检测装置200均与一个所述船闸机械振动监测装置300通信连接，每个所述船闸机械振动监测装置300均与所述上位机100通信连接；

所述加速度检测装置200用于实时检测船闸主体的加速度信号；

所述船闸机械振动监测装置300用于将对应的加速度检测装置的加速度信号进行信号处理后得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，并将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机100；

所述上位机100用于接收并显示所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度。

本发明实施例提供的船闸机械振动监测系统，采用了前文的船闸机械振动监测装置，通过实时获取加速度检测装置的加速度信号，并对加速度信号进行处理后，能够实时监测到船闸的振动频率和振动幅度，从而可以方便的分析船闸的运行状态，这种船闸机械振动监测系统能够实时了解和掌握船闸的运行状况，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。同时，也可对船闸检修与维护工作提出合理性建议，保证船闸的长期有效稳定工作。

具体地，如图5所示，所述船闸机械振动监测系统10还包括：至少两个模数转换装置400和至少两个电源装置500，每个所述模数转换装置400分别与对应的所述加速度检测装置200和所述船闸机械振动监测装置300通信连接，每个所述电源装置500分别与对应的所述船闸机械振动监测装置300电连接，

所述模数转换装置400用于将所述加速度检测装置200检测得到的加速度信号进行模数转换，得到数字化的加速度信号，并发送至对应的所述船闸机械振动监测装置300；

所述电源装置500用于为对应的所述船闸机械振动监测装置300提供电源供应。

优选地，所述模数转换装置400具体可以为8通道模数转换芯片。加速度检测装置200具体可以为3轴加速度传感器。

应当理解的是，所述船闸机械振动监测系统10还包括通信接口700，具体所述通信接口700可以为RS485通信接口。

另外，每个所述船闸机械振动监测装置300与所述上位机100之间通过RS485通信接口以及四芯双绞屏蔽线800与上位机实现通信连接。

作为电源装置500的具体实施方式，所述电源装置500可以包括电源模块和电源管理模块，所述电源模块连接所述电源管理模块，所述电源管理模块与所述船闸机械振动监测装置300电连接，所述电源管理模块用于将所述电源模块提供的电源进行电压转换，以满足所述船闸机械振动监测装置300的电压需求。

具体地，如图5所示，所述船闸机械振动监测系统10还包括：至少两个报警装置600，每个所述报警装置600均与对应的所述船闸机械振动监测装置300通信连接，所述报警装置600用于根据所述船闸机械振动监测装置300发出的报警信号进行报警。

作为报警装置600的具体实施方式，所述报警装置600可以包括故障指示灯，即当所述船闸机械振动监测装置300发出报警信号时，所述故障指示灯通过闪烁的方式提示故障状态。

在本发明实施例中，所述船闸机械振动监测系统10包括两个船闸机械振动监测装置300，相应的，所述加速度检测装置200的数量、模数转换装置400的数量、电源装置500的数量、报警装置600的数量、通信接口700的数量以及四芯双绞屏蔽线800的数量均为两个。

需要说明的是，在实地安装时，将该船闸机械振动监测装置安装在拱形闸门的左右闸门主体上，如图4所示，安装时应注意该船闸机械振动监测装置的方向，使得该船闸机械振动监测装置能够检测闸门的垂直方向的加速度和切向方向的加速度。RS485通信线路采用四芯双绞屏蔽线布设，沿闸门主体的适当位置走线。

综上，本发明实施例提供的船闸机械振动监测系统，将高精度大量程的加速度传感器与检测电路板一起进行二次封装，利用加速度传感器检测船闸的垂直方向和切向方向的加速度，通过快速傅里叶法计算船闸的振动频率，通过二次积分运算得到船闸的振动幅度，以此来判断船闸的运行状况，并实时将计算的频率信号和位移信号通过RS485通信接口发送至上位机。因此，本发明实施例提供的船闸机械振动监测系统，可以实时检测船闸的振动频率，并分析船闸的运行状态，对于异常振动信号及时做出反应，为船闸的安全、高效、稳定、可靠运行提供有力保障。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船闸机械振动监测方法，其特征在于，包括：

实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸主体上；

当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的船闸机械振动监测方法，其特征在于，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述当所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据的步骤前进行的：

判断所述加速度信号的数量是否大于或者等于预设数量阈值；

若所述加速度信号的数量大于或者等于预设数量阈值，则判定所述加速度信号满足处理条件。

3.根据权利要求1或2所述的船闸机械振动监测方法，其特征在于，所述当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据，包括：

对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据。

4.根据权利要求3所述的船闸机械振动监测方法，其特征在于，所述对所述加速度信号进行转换处理得到船闸的振动加速度数据中的转换处理公式包括：

其中，a表示船闸的振动加速度数据，D表示所述加速度信号的数字量。

5.根据权利要求1所述的船闸机械振动监测方法，其特征在于，所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，包括：

根据所述船闸的振动加速度数据进行FFT计算，得到船闸的振动频率；

根据所述船闸的振动加速度进行两次积分运算，得到船闸的振动幅度。

6.根据权利要求1所述的船闸机械振动监测方法，其特征在于，所述船闸机械振动监测方法还包括在所述对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度的步骤后进行的：

判断所述船闸的振动频率是否小于或者等于预设频率阈值，以及判断所述船闸的振动幅度是否小于或者等于预设幅度阈值；

若所述船闸的振动频率大于所述预设频率阈值，和/或，所述船闸的振动幅度大于所述预设幅度阈值，则发出报警信号。

7.一种船闸机械振动监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于实时获取加速度检测装置的加速度信号，其中所述加速度检测装置安装在船闸上；

处理模块，用于当所述加速度信号满足处理条件时，对所述加速度信号进行信号处理得到船闸的振动加速度数据；

计算模块，用于对所述船闸的振动加速度数据进行计算得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度；

发送模块，用于将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机。

8.一种船闸机械振动监测系统，其特征在于，包括：上位机、至少两个加速度检测装置和至少两个权利要求7所述的船闸机械振动监测装置，所述加速度检测装置和所述船闸机械振动监测装置均设置在船闸主体上，每个所述加速度检测装置均与一个所述船闸机械振动监测装置通信连接，每个所述船闸机械振动监测装置均与所述上位机通信连接；

所述加速度检测装置用于实时检测船闸主体的加速度信号；

所述船闸机械振动监测装置用于将对应的加速度检测装置的加速度信号进行信号处理后得到船闸的振动频率和船闸的振动幅度，并将所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度发送至上位机；

所述上位机用于接收并显示所述船闸的振动频率和船闸的振动幅度。

9.根据权利要求8所述的船闸机械振动监测系统，其特征在于，所述船闸机械振动监测系统还包括：至少两个模数转换装置和至少两个电源装置，每个所述模数转换装置分别与对应的所述加速度检测装置和所述船闸机械振动监测装置通信连接，每个所述电源装置分别与对应的所述船闸机械振动监测装置电连接，

所述模数转换装置用于将所述加速度检测装置检测得到的加速度信号进行模数转换，得到数字化的加速度信号，并发送至对应的所述船闸机械振动监测装置；

所述电源装置用于为对应的所述船闸机械振动监测装置提供电源供应。

10.根据权利要求8所述的船闸机械振动监测系统，其特征在于，所述船闸机械振动监测系统还包括：至少两个报警装置，每个所述报警装置均与对应的所述船闸机械振动监测装置通信连接，所述报警装置用于根据所述船闸机械振动监测装置发出的报警信号进行报警。

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