CN112212923A - 一种多功能点检仪器 - Google Patents

Abstract

一种多功能点检仪器，属于设备检测仪器技术领域。本发明的目的是集听音检测、振动测量和温度测量于一体，并通过WIFI信号传输到手机或电脑实现无线接收，也可以通过WIFI联网实现云存储、大数据分析等管理手段进行数据处理、存储和分析的多功能点检仪器。本发明包括手持终端和可拆分的伸缩式听音棒；手持终端包括：照相单元、温度测量单元、振动测量单元、控制单元和听音头单元。本发明用一台检测仪器就能完成设备点检所需要的听音检测、振动测量、温度测量等，更重要的是这些检测数据是在同一个管理平台上完成的，所有的数据均在这个平台上进行分许、管理，可以做到对于被检测设备的综合数据分析，完全克服单一设备检测需要在各自平台分析和处理数据的弊端。

Description

一种多功能点检仪器

技术领域

本发明属于设备检测仪器技术领域。

背景技术

运行中的电气设备、机械设备劣化分析是目前比较成熟的判断设备运行状况和设备健康水平的先进方法，运行维护人员检测时必备的三件检测仪器：听音（棒）检测仪、振动测量仪、红外测温仪（成像仪）和一个辅助工具：手电筒，也就是说运行维护人员检测时基本要携带三种测量仪器，还要有一个记录本——用于记录检测结果。对于听音检测、振动测量、温度测量等都是三种独立的检测仪器，测量结果一般是用记录本手写记录。对于普通的听音（金属听音棒）检测，只能当场根据经验进行判断设备健康与否更是无法进行记录，可能有的检测仪器有记录功能（如发明专利ZL2016100155919涉及的电子听音棒），这些检测项目都是在其各自的管理平台上纵向分析各自的检测数据，无法在一个管理平台横向进行其它检测项目参考综合分析，对设备健康诊断各自为政、无法做到对各检测项目的结果去综合分析判断。

为了解决这些问题，中国实用新型专利：ZL201220443019.X中公开了一种点检仪，将红外测温仪和振动测量仪进行整合到一台仪器上，但是振动传感器是用航空插头连接的，独立于测量终端外的一个附件，实际上就是一台红外测温仪外带振动测量功能，没有真正做到一体化，更是没有听音检测的功能。

为了解决这个问题，中国实用新型专利：ZL201921151349.X中公开了一种模块化点检仪器，将功能测量，包括：听音检测、振动测量、温度测量做成模块化结构，利用同一个控制模块和功能模块进行组合，解决了听音检测、振动测量、温度测量整合的问题，实现“一带三”。如果对运行设备进行单一功能测量，特别是在同一管理平台上对数据变化的分析及对比，判断设备劣化趋势等确实带来革命性的变化。但是对于运行维护人员的巡视检查工作还是有不小的麻烦，一是每个模块相当于一个测量仪器，巡视检查时仍然需要带三种“仪器”，不过体积小了而已，另外一方面，对多台设备进行巡视检查不可避免的会出现频繁更换功能模块的情况，增加了工作量，延长了巡视检查时间，大大降低了巡视检查效率。

发明内容

本发明的目的是集听音检测、振动测量和温度测量于一体，并通过WIFI信号传输到手机或电脑实现无线接收，也可以通过WIFI联网实现云存储、大数据分析等管理手段进行数据处理、存储和分析的多功能点检仪器。

本发明包括手持终端和可拆分的伸缩式听音棒；手持终端包括：照相单元、温度测量单元、振动测量单元、控制单元和听音头单元；

照相单元上有一个钩锁与电磁铁插销相连锁，电磁铁励磁，电磁铁插销吸合，照相单元的开合部分安装有扭簧；

照相单元由数字图像传感器、照明灯和环境光传感器和微处理器组成，数字图像传感器型号为OV5640，照明灯为功率为1W的白色LED，环境光传感器型号为TEMT6000，由一个高灵敏可见光光敏三极管构成，微处理器型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对照相单元的数字图像传感器、照明灯和环境光传感器进行数据处理和指令控制，另一方面与控制单元微处理器进行数据通信；

测温单元的结构与照相单元结构相同；

测温单元由红外成像传感器、激光二极管、激光测距传感器和微处理器组成，红外成像传感器型号为MLX90640，激光二极管型号为HLM6510，激光测距传感器型号为VL53L0X，微处理器型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对红外成像传感器、激光二极管和激光测距传感器的数据处理和指令控制，另一方面与控制单元的微处理器进行数据通信，I2C接口与红外成像传感器和激光测距传感器相连，激光二极管接到一个普通IO口，控制其通断，UART接口与控制单元中微处理器的UART接口相连进行数据传输和控制指令传输；

振动传感器型号为CA-YD-135，完成信号采集、电荷转换、模拟输出，直接进行AD转换；

控制单元包括：微处理器、WIFI发射模块、蓝牙发射模块、液晶显示屏和触摸屏、功能键和电池组成；微处理器型号为STM32F446RCT6，前向通道通过UART接口与照相单元、测温单元进行数据通信，对振动传感器的模拟数据进行AD转换，并对这些测量的数据进行显示和处理，后向通道对测量数据进行WIFI发射模块发射，供手机或电脑接收，WIFI也可以完成云端连接，听音信号一方面可以直接通过听音头单元听音，也可以通过蓝牙发射模块发射听音信号，供蓝牙接收机接收听音；WIFI发射模块和蓝牙接收模块为一体化结构，型号为ESP32-S，WIFI发射模块和蓝牙接收模块与微处理器通过串行口相连，液晶显示屏和触摸屏型号为2.0寸液晶显示屏，驱动芯片LGDP4525，功能键，手持终端上设有3个功能键，一是电源开关键、振动测量键和听音检测键；电池：本机设有18650规格的锂电池；

伸缩式听音棒与手持终端，通过振动传感器的外螺纹和伸缩式听音棒的内螺纹相连接。

本发明结构简单，设计合理，通过图形交互选择测量功能，用一台检测仪器就能完成设备点检所需要的听音检测、振动测量、温度测量等，更重要的是这些检测数据是在同一个管理平台上完成的，所有的数据均在这个平台上进行分许、管理，可以做到对于被检测设备的综合数据分析，完全克服单一设备检测需要在各自平台分析和处理数据的弊端。

附图说明

图1 为多功能点检仪器的基本结构图；

图2 为多功能点检仪器手持终端结构图；

图3 为多功能点检仪器内藏式单元结构图；其中图3a是钩锁结构局部放大图；图3b是图3a的侧面放大图；

图4 为多功能点检仪器照相单元原理框图；

图5 为多功能点检仪器测温单元原理框图；

图6 为多功能点检仪器手持终端原理框图；

图7 为多功能点检仪器听音检测结构图；

其中，

手持终端；2-照相单元11；3-数字图像传感器111；4-照明灯112；5-环境光传感器113；6-微处理器114；7-钩锁115；8-电磁铁插销116；9-电磁铁117；10-扭簧118；11-温度测量单元12；12-红外成像传感器121；13-激光二极管122；14-激光测距传感器123；15-微处理器124；16-振动测量单元13；17-外螺纹131；18-控制单元14；19-微处理器141；20-WIFI发射模块142；21-蓝牙发射模块143；22-液晶显示屏和触摸屏144；23-功能键145；24-电源开关键1451；25-振动测量键1452；26-听音检测键1453；27-电池146；28-听音头单元15；29-伸缩式听音棒2；30-内螺纹21；31-拾音头22。

具体实施方式

本发明用于判断转动机械、电气设备运行状况的多功能点检仪器，可以进行电子听音检测、机械振动测量、红外成像温度测量，主要用于设备运行维护、故障诊断和技术管理领域。

本发明实现了听音检测、振动测量和温度测量，并通过WIFI信号传输到手机或电脑实现无线接收，也可以通过WIFI联网实现云存储、大数据分析等管理手段进行数据处理、存储和分析，同时将听音信号通过蓝牙无线传输到蓝牙耳机上听音。

本发明包括：手持终端和可以拆分的伸缩式听音棒。

其中，手持终端上安装有：振动测量单元、温度测量单元、照相单元、液晶显示器及触摸屏、功能按键和听音头；温度测量单元由红外成像传感器和激光测距传感器组成。照相单元由图像传感器（摄像头）和照明LED组成。测温单元和照相单元是内藏式，可以根据需求独立弹出进行工作。所述的手持终端正常工作显示屏为图像交互模式，通过选择不同图标，可以实现不同功能的测量仪器。通过触摸屏操作选择照相机图标，弹出照相单元，所述手持终端就是独立的照相（摄像）仪器，可以完成照相、摄像功能，同时照相单元上有照明灯，照相或摄像时可以进行补光，或做简易照明使用。通过触摸屏操作选择振动测量图标，所述手持终端就是振动测量仪器，可以完成振动测量，包括：振动加速度测量、振动速度测量和振动位移测量。在此工作状态下还可进一步地选择照相机图标，弹出照相单元，可以在测量振动的同时进行照相或摄像，为准确记录测量位置提供帮助。通过触摸屏操作选择测温图标，弹出测温单元，所述手持终端就是红外成像测量仪器，可以完成温度测量，在此工作状态下还可以进一步地选择照相单元，可以在温度测量的同时进行照相或摄像，为准确分析发热位置提供帮助。通过触摸屏操作选择听音棒图标，并将伸缩式听音棒螺纹连接到振动传感器上，所述手持终端就是电子听音棒功能（详见发明专利《一种伸缩式电子听音装置》ZL2016100155919），可以进行听音检测，在此工作状态下还可以进一步的选择照相单元，可以在听音过程的同时进行照相、摄像或简易照明，对准确记录测量位置提供帮助。

以下结合附图对本发明做进一步详细的描述：

参见图1，是本申请实施例的一种基本结构图，由手持终端1和可拆分的伸缩式听音棒2组成。

参见图2，手持终端1，包括：照相单元11、温度测量单元12、振动测量单元13、控制单元14和听音头单元15，其中，

参见图3，照相单元11和温度测量单元12为内藏式结构，此结构意义在于：一是缩小了仪器整体的体积，使振动测量、温度测量和照相等功能能够整合在一个仪器内；二是可以在不工作时隐藏照相和测温镜头，避免镜头长期暴露在恶劣的工作环境造成镜头早期损坏。

照相单元11和测温单元12正常工作时为内藏状态，需要照相或测温时按照需求打开照相单元11或测温单元12，照相单元11和测温单元12也可以同时打开。参见图3（A）中的照相单元11为工作时的打开状态，参见图3（B）中照相单元11和测温单元12都处于工作的打开状态。

钩锁结构参见图3（a），照相单元11上有一个钩锁115与电磁铁插销116相连锁，保证正常工作时处于内藏状态，需要照相工作时，电磁铁117励磁，电磁铁插销116吸合，钩锁脱离，在扭簧118的作用下，照相单元11打开，测量完毕后，手动按回即自动钩锁住。测温单元12工作过程与照相单元11的工作过程一致，在此不详述。

参见图3（b），照相单元11由数字图像传感器111、照明灯112和环境光传感器113和微处理器114组成，其原理框图如图4，其中：

数字图像传感器111型号为OV5640，OV5640为CMOS类型数字图像传感器，该传感器支持输出最大为500万像素的图像(2592×1944分辨率)，支持使用VGA时序输出图像数据，输出图像的数据格式支持YUV(422/420)、YCbCr422、RGB565以及JPEG格式，若直接输出JPEG格式的图像时可大大减少数据量，方便网络传输。它还可以对采集的图像进行补偿，支持伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等基础处理。根据不同的分辨率配置，传感器输出图像数据的帧率从15-60帧可调，工作时功率在150mW-200mW之间。

照明灯112为功率为1W的白色LED，可以作为光线照度不够时的补充光源，也可以作为普通照明使用。

环境光传感器113型号为TEMT6000，由一个高灵敏可见光光敏（NPN型）三极管构成，它可以将捕获的微小光线变化并放大100倍左右，可以轻松的被微控制器识别，并进行AD转换。TEMT6000对可见光照度的反应特性与人眼的特性类似，可以模拟人对环境光线的强度的判断，从而方便做出与人友好互动的应用。

微处理器114型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对照相单元11的数字图像传感器111、照明灯112和环境光传感器123进行数据处理和指令控制，另一方面与控制单元14微处理器141进行数据通信。

微处理器114只使用其中的DCMI接口、I2C接口、AD转换器、UART接口。DCMI接口可以直接与数字图像传感器111相连接进行图像数据传输，I2C接口的与数字图像传感器111的控制接口相连传输控制指令，AD转换器接口与环境光传感器113输出端相连，对环境光传感器113的输入数据进行转换和环境照度判断，控制照明灯112，UART接口与控制单元14的微处理器（141）的UART接口相连进行数据传输和控制指令传输。

参见图3（b），测温单元12由红外成像传感器121、激光二极管122、激光测距传感器123和微处理器124组成，其原理框图如图5，其中：

红外成像传感器121型号为MLX90640，它是Melexis（中文：迈来芯）公司研发的红外成像传感器，采用了迈利芯公司的创新型非接触温度测量技术，是一种高性价比的热成像解决方案。具有32×24远红外热电堆传感器阵列，相当于768个测温单元，可覆盖-30°C～300°C的温度范围，能生成目标区域的实时热值图谱。

激光二极管122型号为HLM6510，用于对测量位置定位。

激光测距传感器123型号为VL53L0X，它是市场上尺寸最小的一种封装。VL53LOX是完全集成的传感器，配有嵌入式红外、人眼安全激光，先进的滤波器和超高速光子探测阵列。VL53L0X测量距离更长，速度和精度更高。即使在恶劣工作条件下，该传感器也可以直接确定与目标物体之间的距离，最远2米，不受目标反射率影响。

微处理器124型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对红外成像传感器121、激光二极管122和激光测距传感器123的数据处理和指令控制，另一方面与控制单元14的微处理器141进行数据通信。只使用其中的I2C接口和UART接口和一个普通IO口，I2C接口与红外成像传感器121和激光测距传感器123相连，进行数据传输和控制指令传输，激光二极管122接到一个普通IO口，控制其通断。UART接口与控制单元14中微处理器141的UART接口相连进行数据传输和控制指令传输。

振动传感器13型号为CA-YD-135，该产品为美国GST公司出品，是一个高品质的振动传感器，完成信号采集、电荷转换、模拟输出，可以直接进行AD转换。

参见图6，控制单元14，包括：微处理器141、WIFI发射模块142、蓝牙发射模块143、液晶显示屏和触摸屏144、功能键145和电池146组成。

微处理器141型号为STM32F446RCT6，作用是作为上位机，其前向通道通过UART接口与照相单元11、测温单元12进行数据通信，对振动传感器13的模拟数据进行AD转换，并对这些测量的数据进行显示和处理，后向通道对测量数据进行WIFI发射模块142发射，供手机或电脑接收，WIFI也可以完成云端连接。听音信号一方面可以直接通过听音头单元15听音，也可以通过蓝牙发射模块143发射听音信号，供蓝牙接收机接收听音。

WIFI发射模块142和蓝牙接收模块143为一体化结构，型号为ESP32-S，它是一款超小体积的多功能通用型 802.11b/g/n WiFi+BT+BLE SoC 射频模组，采用具有双核处理器的ESP32作为主控，主频高达600DMIPS，模块搭配 PCB 板载天线和 IPEX 座，功能强大，用途广泛，广泛用于低功耗传感器网络和要求极高的任务，实现物联网的控制与管理。

WIFI发射模块142和蓝牙接收模块143与微处理器141通过串行口相连。

液晶显示屏和触摸屏144型号为2.0寸液晶显示屏，驱动芯片LGDP4525，分辨率176*RGB*220像素，配电阻触摸屏。

功能键145，手持终端上设有3个功能键，一是电源开关键1451、振动测量键1452和听音检测键1453。

电池146，本机设有18650规格的锂电池，电压3.6V，供全机使用。

参见图7，伸缩式听音棒2与手持终端1，通过振动传感器13的外螺纹131和伸缩式听音棒2的内螺纹21相连接，构成电子听音棒，就是发明专利《一种伸缩式电子听音装置》（ZL2016100155919）的完整实施例。连接后利用振动传感器13里的压电陶瓷兼做拾音传感器，伸缩式听音棒通过固体传导将拾音头22拾取音频信号传导到振动传感器单元13上的压电陶瓷上，完成音频信号到电气模拟信号的转换，并送到控制单元14的微处理器141进行AD转换和处理，经DA转换送到听音头单元15进行听音。

Claims (1)

1.一种多功能点检仪器，其特征在于：包括手持终端（1）和可拆分的伸缩式听音棒（2）；手持终端（1）包括：照相单元（11）、温度测量单元（12）、振动测量单元（13）、控制单元（14）和听音头单元（15）；

照相单元（11）上有一个钩锁（115）与电磁铁插销（116）相连锁，电磁铁（117）励磁，电磁铁插销（116）吸合，照相单元（11）的开合部分安装有扭簧（118）；

照相单元（11）由数字图像传感器（111）、照明灯（112）和环境光传感器（113）和微处理器（114）组成，数字图像传感器（111）型号为OV5640，照明灯（112）为功率为1W的白色LED，环境光传感器（113）型号为TEMT6000，由一个高灵敏可见光光敏三极管构成，微处理器（114）型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对照相单元（11）的数字图像传感器（111）、照明灯（112）和环境光传感器（123）进行数据处理和指令控制，另一方面与控制单元（14）微处理器（141）进行数据通信；

测温单元（12）的结构与照相单元（11）结构相同；

测温单元（12）由红外成像传感器（121）、激光二极管（122）、激光测距传感器（123）和微处理器（124）组成，红外成像传感器（121）型号为MLX90640，激光二极管（122）型号为HLM6510，激光测距传感器（123）型号为VL53L0X，微处理器（124）型号为STM32F446RCT6，该芯片一方面负责对红外成像传感器（121）、激光二极管（122）和激光测距传感器（123）的数据处理和指令控制，另一方面与控制单元（14）的微处理器（141）进行数据通信，I2C接口与红外成像传感器（121）和激光测距传感器（123）相连，激光二极管（122）接到一个普通IO口，控制其通断，UART接口与控制单元（14）中微处理器（141）的UART接口相连进行数据传输和控制指令传输；

振动传感器（13）型号为CA-YD-135，完成信号采集、电荷转换、模拟输出，直接进行AD转换；

控制单元（14）包括：微处理器（141）、WIFI发射模块（142）、蓝牙发射模块（143）、液晶显示屏和触摸屏（144）、功能键（145）和电池（146）组成；微处理器（141）型号为STM32F446RCT6，前向通道通过UART接口与照相单元（11）、测温单元（12）进行数据通信，对振动传感器（13）的模拟数据进行AD转换，并对这些测量的数据进行显示和处理，后向通道对测量数据进行WIFI发射模块（142）发射，供手机或电脑接收，WIFI也可以完成云端连接，听音信号一方面可以直接通过听音头单元（15）听音，也可以通过蓝牙发射模块（143）发射听音信号，供蓝牙接收机接收听音；WIFI发射模块（142）和蓝牙接收模块（143）为一体化结构，型号为ESP32-S，WIFI发射模块（142）和蓝牙接收模块（143）与微处理器（141）通过串行口相连，液晶显示屏和触摸屏（144）型号为2.0寸液晶显示屏，驱动芯片LGDP4525，功能键（145），手持终端上设有3个功能键，一是电源开关键（1451）、振动测量键（1452）和听音检测键（1453）；电池（146）：本机设有18650规格的锂电池；

伸缩式听音棒（2）与手持终端（1），通过振动传感器（13）的外螺纹（131）和伸缩式听音棒（2）的内螺纹（21）相连接。

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