CN113124923A - 设备状态的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备状态的监测装置。其中，该设备状态的监测装置包括：振动测量单元，用于采集目标设备的振动信号，其中，目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备；温度测量单元，用于采集目标设备的预定部件的温度信息；处理单元，用于获取振动测量单元采集的振动信号以及温度测量单元的采集温度信息，并基于获取的振动信号以及温度信息确定目标设备的运行状态。本发明解决了相关技术中在线设备监测设备的可靠性比较低的技术问题。

Description

设备状态的监测装置

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体而言，涉及一种设备状态的监测装置。

背景技术

工厂中重要机组都有在线设备状态监测设备，普通机泵由于数量大，如果都安装在线设备状态监测设备，存在投资大的问题，也会出现泵房内传感器线路杂乱，影响设备维护和检修工作的问题，普通机泵等设备更适合使用无线设备状态监测系统，无线设备状态监测设备由无线设备状态监测传感器和通信网关装置组成，通信网关装置负责收集无线网络内无线设备状态监测传感器传来的设备振动和温度信息，再将这些信息通过光纤网络或物联网传输给设备状态监测服务器。

使用无线设备状态监测传感器，现场施工工作量小，但也存在无线传输数据不稳定、易受干扰的情况，传感器使用电池供电，降低功耗，延长电池使用周期也是个关键问题。多数无线设备状态监测传感器使用压电式振动加速度传感器，成本比较高。

针对上述相关技术中在线设备监测设备的可靠性比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种设备状态的监测装置，以至少解决相关技术中在线设备监测设备的可靠性比较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种设备状态的监测装置，包括：振动测量单元，用于采集目标设备的振动信号，其中，所述目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备；温度测量单元，用于采集所述目标设备的预定部件的温度信息；处理单元，用于获取所述振动测量单元采集的所述振动信号以及所述温度测量单元的采集所述温度信息，并基于获取的所述振动信号以及所述温度信息确定所述目标设备的运行状态。

可选地，所述振动测量单元为数字加速度感应模块，用于采集所述目标设备的振动电压信号。

可选地，所述数字加速度感应模块包括多个管脚，其中，所述多个管脚中的第一管脚为空脚，所述多个管脚中的第二管脚、第三管脚以及第四管脚分别输出目标设备的x轴、y轴以及z轴的振动电压信号，所述多个管脚中的第五管脚接地，所述多个管脚中的第六管脚接稳压电源的输出端。

可选地，所述温度测量单元为数字式温度感应模块，其中，所述数字式温度感应模块的第一管脚和第二管脚接集成电路I2C总线，所述数字式温度感应模块的第三管脚为空脚，所述数字式温度感应模块的第四管脚、第五管脚、第六管脚以及第七管脚接地，所述数字式温度感应模块的第八管脚接所述处理单元的第三十二管脚和第三十三管脚。

可选地，所述数字式温度感应模块还与第五电阻以及第六电阻连接，其中，所述第五电阻以及第六电阻为所述I2C总线的上拉电阻。

可选地，所述处理单元包括：多个管脚，其中，所述处理单元的第十管脚、第十六管脚接地；所述处理单元的第十四管脚接电源；所述处理单元的第十二管脚经电感接所述电源；所述处理单元的第十八管脚、第十九管脚接编程接口；所述处理单元的第七管脚、第八管脚以及第九管脚用于模数AD转换，用于获取所述振动测量单元采集的振动信号；所述处理单元的第五管脚用于模数AD转换，用于采集电池的电压；所述处理单元的第三十二管脚、第三十三管脚接I2C总线，用于获取所述温度测量单元采集的温度信息；所述处理单元的第二十三管脚、第二十四管脚以及第二十五管脚与通信单元连接，用于接收或发送无线数据；所述处理单元的第四十一管脚连接第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，用于对所述通信单元进行电源控制；所述处理单元的第四十三管脚与第三电阻、第四电阻以及第二晶体管连接，用于控制所述稳压电源，并对所述数字加速度感应模块进行电源控制；所述处理单元的第十一管脚与所述稳压电源连接，作为所述模数AD转换的基准电源；所述处理单元的第十七管脚，用于对所述温度测量单元进行电源控制。

可选地，该设备状态的监测装置还包括：通信单元，用于将所述处理单元基于所述振动信号以及所述温度信息得到的监测结果发送至通信网关模块，并接收所述通信网关模块的反馈信息。

可选地，所述通信单元包括多个管脚，其中，所述通信单元的第一管脚为电源端，外接第四电容，用于为所述通信单元的电源端进行电源滤波；所述通信单元的第二管脚接地；所述通信单元的第三管脚以及所述通信单元的第四管脚为串口通信管脚，与所述处理单元的第二十四管脚以及所述处理单元的第二十五管脚连接；所述通信单元的第五管脚与所述处理单元的第二十三管脚连接。

可选地，所述处理单元为单片机。

可选地，该设备状态的监测装置还包括：磁体，用于将所述设备状态的监测装置固定到所述目标设备的预定位置处。

在本发明实施例中，采用振动测量单元，用于采集目标设备的振动信号，其中，目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备；温度测量单元，用于采集目标设备的预定部件的温度信息；处理单元，用于获取振动测量单元采集的振动信号以及温度测量单元的采集温度信息，并基于获取的振动信号以及温度信息确定目标设备的运行状态的方式对目标设备进行状态监测，通过本发明实施例提供的设备状态的监测装置，实现了可以基于获取的目标设备的温度信息以及振动信号确定目标设备的运行状态的目的，达到了提高在线设备监测设备的可靠性的技术效果，进而解决了相关技术中在线设备监测设备的可靠性比较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的设备状态的监测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的可选的设备状态的监测装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的设备状态的监测装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的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能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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含，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。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种设备状态的监测装置，图1是根据本发明实施例的设备状态的监测装置的示意图，如图1所示，该设备状态的监测装置包括：振动测量单元11，温度测量单元13以及处理单元15。下面对该设备状态的监测装置进行详细说明。

振动测量单元11，用于采集目标设备的振动信号，其中，目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备。

温度测量单元13，用于采集目标设备的预定部件的温度信息。

处理单元15，用于获取振动测量单元采集的振动信号以及温度测量单元的采集温度信息，并基于获取的振动信号以及温度信息确定目标设备的运行状态。

由上可知，在本发明实施例中，可以利用振动测量单元采集目标设备的振动信号，其中，目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备；并利用温度测量单元采集目标设备的预定部件的温度信息；以及利用处理单元获取振动测量单元采集的振动信号以及温度测量单元的采集温度信息，并基于获取的振动信号以及温度信息确定目标设备的运行状态，实现了可以基于获取的目标设备的温度信息以及振动信号确定目标设备的运行状态的目的。

容易注意到，由于可以利用振动测量单元采集目标设备的振动信号，并利用温度测量单元采集目标设备的预定部件的温度信息，之后，利用处理单元对上述振动信号以及温度信息进行处理，得到目标设备的运行状态，实现了可以基于获取的目标设备的温度信息以及振动信号确定目标设备的运行状态的目的，达到了提高在线设备监测设备的可靠性的技术效果。

因此，通过本发明实施例提供的设备状态的监测装置，解决了相关技术中在线设备监测设备的可靠性比较低的技术问题。

在一种可选的实施例中，振动测量单元为数字加速度感应模块，用于采集目标设备的振动电压信号。

即，本发明实施例中的设备状态的监测装置是基于数字加速度感应模块的，可以适用于机泵等动设备的振动、温度数据的测量以及数据的无线传输，组建无线设备状态监测网络。与已有无线传感器比较，使用数字加速度感应模块有效降低了传感器成本，能同时测量水平、垂直和轴向3个方向的振动速度。

在一种可选的实施例中，数字加速度感应模块可以包括多个管脚，其中，多个管脚中的第一管脚为空脚，多个管脚中的第二管脚、第三管脚以及第四管脚分别输出目标设备的x轴、y轴以及z轴的振动电压信号，多个管脚中的第五管脚接地，多个管脚中的第六管脚接稳压电源的输出端。

图2是根据本发明实施例的可选的设备状态的监测装置的示意图，如图2所示，振动测量单元U2使用数字加速度传感器MMA7361，U2的管脚5(即，第五管脚)接电源地，管脚6(即，第六管脚)接3V稳压电源U5的输出端Vout，外接电容C11为电源滤波电容，管脚2、3、4(即，第二管脚、第三管脚以及第四管脚)分别输出x轴、y轴、z轴振动电压信号给单片机U1的8、9、10管脚(即，单片机的第八管脚、第九管脚以及第十管脚)，输出端所接电容C8、C9、C10(即，第八电容、第九电容以及第十电容)起到滤除高频信号的作用，管脚10(即，第十管脚)接单片机U1的44管脚(即，第四十四管脚)，受单片机控制调节量程，低电平时量程为±1.5g，高电平时量程为±6g，管脚7(即，第七管脚)接电源端，使能加速度传感器工作，其余管脚未使用，为空脚。

在一种可选的实施例中，温度测量单元可以为数字式温度感应模块，其中，数字式温度感应模块的第一管脚和第二管脚接集成电路I2C总线，数字式温度感应模块的第三管脚为空脚，数字式温度感应模块的第四管脚、第五管脚、第六管脚以及第七管脚接地，数字式温度感应模块的第八管脚接处理单元的第三十二管脚和第三十三管脚。

可选的，数字式温度感应模块还与第五电阻以及第六电阻连接，其中，第五电阻以及第六电阻为I2C总线的上拉电阻。

如图2所示，温度测量单元U3使用数字温度传感模块LM75A，测温范围：－55℃～+125℃，U3管脚4、5、6、7(即，第四管脚、第五管脚、第六管脚以及第七管脚)接地，管脚8(即，第八管脚)为电源端，接单片机U1的管脚17(即，第十七管脚)，管脚1、2(即，第一管脚、第二管脚)为I2C总线，分别接单片机U1的管脚32、33(即，第三十二管脚、第三十三管脚)，外接电阻R5、R6(即，第五电阻和第六电阻)为I2C总线上拉电阻。

需要说明的是，在本发明实施例中，处理单元可以为单片机，

在一种可选的实施例中，处理单元可以包括：多个管脚，其中，处理单元的第十管脚、第十六管脚接地；处理单元的第十四管脚接电源；处理单元的第十二管脚经电感接电源；处理单元的第十八管脚、第十九管脚接编程接口；处理单元的第七管脚、第八管脚以及第九管脚用于模数AD转换，用于获取振动测量单元采集的振动信号；处理单元的第五管脚用于模数AD转换，用于采集电池的电压；处理单元的第三十二管脚、第三十三管脚接I2C总线，用于获取温度测量单元采集的温度信息；处理单元的第二十三管脚、第二十四管脚以及第二十五管脚与通信单元连接，用于接收或发送无线数据；处理单元的第四十一管脚连接第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，用于对通信单元进行电源控制；处理单元的第四十三管脚与第三电阻、第四电阻以及第二晶体管连接，用于控制稳压电源，并对数字加速度感应模块进行电源控制；处理单元的第十一管脚与稳压电源连接，作为模数AD转换的基准电源；处理单元的第十七管脚，用于对温度测量单元进行电源控制。

如图2所示，处理单元可以为单片机控制单元(即，单片机)U1使用单片机STC8A8K，U1管脚10、16(即，第十管脚以及第十六管脚)接地，管脚14(第十四管脚)接电源，管脚12(第十二管脚)经电感L接电源，管脚18、19(即，第十八以及第十九管脚)接ISP编程接口，管脚7、8、9(即，第七管脚、第八管脚以及第九管脚)功能为AD转换，采集振动信号，管脚5(第五管脚)功能也是AD转换，用来测量电池电压，管脚32、33(即，第三十二管脚、第三十三管脚)功能为I2C总线，用于和U3通信采集温度数据，管脚32、33(即，第三十二管脚、第三十三管脚)功能为串口，用于和U4通信，发送和接收无线数据，管脚41(即，第四十一管脚)接R1、R2、Q1(第一电阻、第二电阻以及第一晶体管)控制U4电源，管脚43(即，第四十三管脚)接R3、R4、Q2(第三电阻、第四电阻以及第二晶体管)控制U5电源，间接控制U2电源，管脚11(即，第十一管脚)外接3V稳压电源作为AD转换的基准电源，管脚17(即，第十七管脚)直接控制U3电源，其余关键为空脚。在无线设备状态监测传感器工作期间，单片机根据程序流程控制其他各单元电源的通断，各功能单元不使用时及时关闭以节省电池消耗。

在一种可选的实施例中，该设备状态的监测装置还可以包括：通信单元，用于将处理单元基于振动信号以及温度信息得到的监测结果发送至通信网关模块，并接收通信网关模块的反馈信息。

其中，通信单元包括多个管脚，其中，通信单元的第一管脚为电源端，外接第四电容，用于为通信单元的电源端进行电源滤波；通信单元的第二管脚接地；通信单元的第三管脚以及通信单元的第四管脚为串口通信管脚，与处理单元的第二十四管脚以及处理单元的第二十五管脚连接；通信单元的第五管脚与处理单元的第二十三管脚连接。

如图2所示，无线通信单元(即，通信单元)U4使用433MHz通信模块HC-12，U4管脚2(即，第二管脚)接地，管脚1(即，第一管脚)为电源端，外接电容C4(即，第四电容)为电源滤波电容，管脚3、4(即，第三管脚、第四管脚)为串口通信管脚，分别接单片机U1的管脚24、25(即，第二十四管脚、第二十五管脚)，管脚5(即，第五管脚)接单片机U1的管脚23(第二十三管脚)，低电平时，单片机可通过串口通信更换无线通信频道。

另外，本发明实施例中提供的设备状态的监测装置可以包括：外壳、电路板、电池以及天线。其中，电路板用704硅橡胶密封，电池采用锂亚硫酰电池，无线通信模块(即，通信单元)发射功率不大于20dBm，能通过防爆认证，防爆标志：ExiaIICT6，外壳防护等级达到IP66，能应到到防爆区域以及户外区域。

在一种可选的实施例中，该设备状态的监测装置还可以包括：磁体，用于将设备状态的监测装置固定到目标设备的预定位置处。

例如，设备状态的监测装置底部装有磁铁，安装时用金属胶固定到机泵等设备靠近轴承的位置，磁铁的作用是在金属胶没固化前起到临时固定的作用，仅靠磁铁的固定可能会影响振动数据的准确测量。

为了节省电池耗电，无线设备状态监测传感器默认每半小时工作一次，工作时间3s，其余时间为休眠状态。传感器工作时采集数据，将分析计算结果传输给通信网关装置，接收通信网关装置返回数据，这些数据可以更改传感器的通信地址、通信频道和工作周期，对于运行数据异常的设备可以增加监测频次，相邻无线网络使用不同的通信频道，避免相互干扰。

图3是根据本发明实施例的设备状态的监测装置的结构图，如图3所示，设备状态的监测装置包括：振动测量单元、温度测量单元、无线通信单元和单片机控制单元组成，单片机用AD转换接口采集振动测量单元输出的电压，对数据进行处理得到3个方向的振动速度，用I2C总线通信的方式读取数字式温度测量单元的温度数据，用UART接口与无线通信单元通信，将振动和温度数据传给通信网关装置。

需要说明的是，本发明实施例中的设备状态的监测装置成本低，适合大范围推广到普通机泵，可减少巡检人员现场巡检工作量，提升动设备管理水平。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种设备状态的监测装置，其特征在于，包括：

振动测量单元，用于采集目标设备的振动信号，其中，所述目标设备为需要进行运动状态进行监测的设备；

温度测量单元，用于采集所述目标设备的预定部件的温度信息；

处理单元，用于获取所述振动测量单元采集的所述振动信号以及所述温度测量单元的采集所述温度信息，并基于获取的所述振动信号以及所述温度信息确定所述目标设备的运行状态；

其中，所述振动测量单元为数字加速度感应模块，用于采集所述目标设备的振动电压信号；

其中，所述数字加速度感应模块包括多个管脚，其中，所述多个管脚中的第一管脚为空脚，所述多个管脚中的第二管脚、第三管脚以及第四管脚分别输出目标设备的x轴、y轴以及z轴的振动电压信号，所述多个管脚中的第五管脚接地，所述多个管脚中的第六管脚接稳压电源的输出端。

2.根据权利要求1所述的设备状态的监测装置，其特征在于，所述温度测量单元为数字式温度感应模块，其中，所述数字式温度感应模块的第一管脚和第二管脚接集成电路I2C总线，所述数字式温度感应模块的第三管脚为空脚，所述数字式温度感应模块的第四管脚、第五管脚、第六管脚以及第七管脚接地，所述数字式温度感应模块的第八管脚接所述处理单元的第三十二管脚和第三十三管脚。

3.根据权利要求2所述的设备状态的监测装置，其特征在于，所述数字式温度感应模块还与第五电阻以及第六电阻连接，其中，所述第五电阻以及第六电阻为所述I2C总线的上拉电阻。

4.根据权利要求1所述的设备状态的监测装置，其特征在于，所述处理单元包括：多个管脚，其中，所述处理单元的第十管脚、第十六管脚接地；所述处理单元的第十四管脚接电源；所述处理单元的第十二管脚经电感接所述电源；所述处理单元的第十八管脚、第十九管脚接编程接口；所述处理单元的第七管脚、第八管脚以及第九管脚用于模数AD转换，用于获取所述振动测量单元采集的振动信号；所述处理单元的第五管脚用于模数AD转换，用于采集电池的电压；所述处理单元的第三十二管脚、第三十三管脚接I2C总线，用于获取所述温度测量单元采集的温度信息；所述处理单元的第二十三管脚、第二十四管脚以及第二十五管脚与通信单元连接，用于接收或发送无线数据；所述处理单元的第四十一管脚连接第一电阻、第二电阻以及第一晶体管，用于对所述通信单元进行电源控制；所述处理单元的第四十三管脚与第三电阻、第四电阻以及第二晶体管连接，用于控制所述稳压电源，并对所述数字加速度感应模块进行电源控制；所述处理单元的第十一管脚与所述稳压电源连接，作为所述模数AD转换的基准电源；所述处理单元的第十七管脚，用于对所述温度测量单元进行电源控制。

5.根据权利要求1所述的设备状态的监测装置，其特征在于，还包括：通信单元，用于将所述处理单元基于所述振动信号以及所述温度信息得到的监测结果发送至通信网关模块，并接收所述通信网关模块的反馈信息。

6.根据权利要求5所述的设备状态的监测装置，其特征在于，所述通信单元包括多个管脚，其中，所述通信单元的第一管脚为电源端，外接第四电容，用于为所述通信单元的电源端进行电源滤波；所述通信单元的第二管脚接地；所述通信单元的第三管脚以及所述通信单元的第四管脚为串口通信管脚，与所述处理单元的第二十四管脚以及所述处理单元的第二十五管脚连接；所述通信单元的第五管脚与所述处理单元的第二十三管脚连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备状态的监测装置，其特征在于，所述处理单元为单片机。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备状态的监测装置，其特征在于，还包括：

磁体，用于将所述设备状态的监测装置固定到所述目标设备的预定位置处。

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