CN113155262A - 带诊断功能的振动传感器及其动设备振动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带诊断功能的振动传感器，包括：嵌入式中央处理单元；低频振动采集器，采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，并存储在存储单元中，在存储单元中还预存有根据动设备固有频率振动数据生成的不同类别的故障对应的故障频率数据；高频振动采集器，采集动设备在运行状态下的振动数据；嵌入式中央处理单元将固有频率振动数据从高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，并将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比对，若存在一致，则出现故障，产生报警信息。该传感器能够有效去除动设备自身固有频率特性产生的干扰数据，使得到的数据更精确和真实，同时也能够实时诊断，实时预警。本发明还提供了一种动设备的振动检测方法。

Description

带诊断功能的振动传感器及其动设备振动检测方法

技术领域

本发明涉及振动传感器技术领域。更具体地说，本发明涉及一种带诊断功能的振动传感器及其动设备振动检测方法。

背景技术

机械振动是指物体在平衡位置附近的往复运动，在机械振动的过程中，振动物体的一些物理参数，如位移、速度等，将发生反复变化，由此对日常生活和工程项目带来一定的危害。例如，振动会加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器使用寿命等。振动试验的目的是模拟一连串振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验，也能确定产品设计和功能的要求标准。振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来，并评估其不良品的失效分析使其成为高水平，高可靠性的产品。

但是传统的振动传感器只是负责采集动设备的振动数据，然后将数据上传给平台软件进行分析处理。由于在振动测试过程中，测试设备会安装在不同的环境当中，设备本身在所处的当前环境下都会存在固有频率的振动数据，因此，当使用传统传感器采集时，采集到的数据是实际工作当中的振动数据与当前环境下设备本身固有频率的振动数据叠加。当采集的数据直接上传给平台软件后对平台软件的数据分析带来了很大的干扰，分析的结果一点也不准确。此外，原始的振动数据经过采集以后，必须上传到平台，借助平台的分析软件分析以后，才能够得出结论和故障区分，整个过程有延时，在对时效性要求较高的场合完全不能符合要求。且对于需要紧急处理的故障，也不能及时得到处理，非常误时，同时也会造成很大的经济损失。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种带诊断功能的振动传感器，该振动传感器能够有效去除动设备自身固有频率特性产生的干扰数据，使得到的数据更精确和真实，同时也能够无延时诊断，实时进行预警。

本发明还有一个目的是提供了一种动设备的振动检测方法，该方法能够提高动设备振动数据的客观性和准确性，也能够及时地获取动设备是否出现故障。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种带诊断功能的振动传感器，包括：

嵌入式中央处理单元；

低频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据并将其存储在存储单元中，在所述存储单元中还预存有所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率振动数据自动生成的不同类别的故障对应的故障频率数据；

高频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在运行状态下的振动数据；其中，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，并将处理后的数据发送至平台软件，同时所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比对，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息。

优选的是，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述高频振动采集器和所述低频振动采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用以将所述高频振动采集器和所述低频振动采集器采集的模拟数据转换成数字数据，并传送至所述嵌入式中央处理单元。

优选的是，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括通信单元，其与所述嵌入式中央处理单元连接，使所述嵌入式中央处理单元与平台软件进行通信传输。

优选的是，所述的带诊断功能的振动传感器，所述故障频率数据为：故障为不平衡，对应的频率为1倍的固有频率；故障为不对中，对应的频率为2倍的固有频率；故障为轴向振动大，对应的频率为3倍的固有频率及高次谐波；故障为径向振动大，对应的频率为2倍的固有频率，3倍的固有频率或者为4倍的固有频率；故障为松动，对应的频率为0.5倍的固有频率，1.5倍的固有频率，2.5倍的固有频率或者3.5倍的固有频率。

优选的是，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括供电模块，其用于对所述嵌入式中央处理单元、所述高频振动采集器、所述低频振动采集器、所述通信单元、所述信号采集转换单元和所述存储单元进行供电。

本发明还提供了一种动设备的振动检测方法，应用于所述的带诊断功能的振动传感器，包括下列步骤：

步骤一、将带诊断功能的振动传感器安装在被测的动设备上；

步骤二、使被测的动设备处于不运行状态，开启带诊断功能的振动传感器，使用低频振动采集器采集所述动设备自身固有频率的振动数据，嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据，并将其传送至软件平台上，同时将固有频率振动数据存储在存储单元中；

步骤三、所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率自动生成不同类别的故障对应的故障频率数据，并将其存储在所述存储单元中；

步骤四、使被测的动设备处于运行状态，使用高频振动采集器采集所述动设备的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述高频振动采集器采集的振动数据后，将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，将处理后的数据发送至平台软件，同时，所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与存储的故障频率数据进行比较，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息，并将报警信息发送至控制中心。

优选的是，所述的动设备的振动检测方法，还包括核实步骤，具体包括：

控制中心接收到所述嵌入式中央处理单元发送的报警信息后，下发命令启动所述带诊断功能的振动传感器，使所述高频振动采集器对在运行状态下的动设备振动数据采集N次，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的N次振动数据中滤除掉，并将处理后的N次数据传送至平台软件进行分析，N大于等于2；

若经平台软件分析得出的结论和带诊断功能的振动传感器的报警一致，则确定动设备确实出故障。

优选的是，所述的动设备的振动检测方法，所述带诊断功能的振动传感器按预设的时间间隔对动设备的振动数据进行采集。

本发明至少包括以下有益效果：

一、由于在振动传感器里面设置有低频振动采集器，当使用设置的高频振动采集器采集动设备在运行状态下的振动数据前，先使用低频振动采集器采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，这样方便后续将动设备自身固有频率特性产生的干扰数据有效地从高频振动采集器采集的振动数据中去除掉，进行自修正，保证后续分析和上传到软件平台的数据更为客观和精确。

二、嵌入式中央处理单元将低频振动采集器采集的固有频率振动数据存储在存储单元中，在存储单元中还预存有根据动设备固有频率振动数据生成的不同类别的故障对应的故障频率数据，也就是说，固有频率振动数据和不同类别的故障对应的故障频率数据是保存在振动传感器本地。在本地存储需要去除的干扰信息，嵌入式中央处理单元可以及时高效地将干扰的信息去除掉，进行自修正，使软件平台得到的振动数据更加客观和真实、无限接近实际情况，也不会给软件平台带来诊断的干扰；在本地预设实地采集的故障信息，嵌入式中央处理单元能够及时地将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比较，判断是否出现故障，实现了本地实时诊断无延时，实时报警，避免了数据传输延时，使告警更加及时和有效。

三、本发明设置的振动传感器，系统全自动无需人工参与，经济实用型强，免维护，解决了传统振动传感器在实际使用中的缺陷。

四、针对不同的现场，能够预设符合实际应用的故障报警数据。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的模块结构示意图；

图2为本发明的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种带诊断功能的振动传感器，包括：

嵌入式中央处理单元；低频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据并将其存储在存储单元中，在所述存储单元中还预存有所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率振动数据自动生成的不同类别的故障对应的故障频率数据；高频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在运行状态下的振动数据；其中，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，并将处理后的数据发送至平台软件，同时所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比对，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息。

在上述实施方式中，由于在振动传感器里面设置有低频振动采集器，当使用设置的高频振动采集器采集动设备在运行状态下的振动数据前，先使用低频振动采集器采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，这样方便后续将动设备自身固有频率特性产生的干扰数据有效地从高频振动采集器采集的振动数据中去除掉，保证后续分析和上传到软件平台的数据更为客观和精确。嵌入式中央处理单元将低频振动采集器采集的固有频率振动数据存储在存储单元中，在存储单元中还预存有根据动设备固有频率振动数据生成的不同类别的故障对应的故障频率数据，也就是说，固有频率振动数据和不同类别的故障对应的故障频率数据是保存在振动传感器本地。在本地存储需要去除的干扰信息，嵌入式中央处理单元可以及时高效地将干扰的信息去除掉，使软件平台得到的振动数据更加客观和真实、无限接近实际情况，也不会给软件平台带来诊断的干扰；在本地预设实地采集的故障信息，嵌入式中央处理单元能够及时地将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比较，判断是否出现故障，实现了本地实时诊断无延时，实时报警，避免了数据传输延时，使告警更加及时和有效。

需要说明的是，关于振动传感器的类型有很多，比如，相对式电动传感器，电涡流式传感器，电感式传感器，电容式传感器等等。本实施例中带诊断功能的振动传感器中的低频振动采集器和高频振动采集器可以为任一种类型，不受类型的限制。本实施例将低频振动采集器和高频振动采集器这两种传感器组合在一起，能够有效解决传统应用中存在的缺陷。

在其中一具体实施方式中，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述高频振动采集器和所述低频振动采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用以将所述高频振动采集器和所述低频振动采集器采集的模拟数据转换成数字数据，并传送至所述嵌入式中央处理单元。由于采集器得到的原始数据必须经过各种处理，才能作为工程设计计算的依据资料。且因为模拟量处理法精度较差，处理时间长，因此，将模拟量转换为数字量后用数字量处理法，精度高，速度极快。

在其中一具体实施方式中，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括通信单元，其与所述嵌入式中央处理单元连接，使所述嵌入式中央处理单元与平台软件进行通信传输。通信单元的设置便于将采集到的数据发送至网关或者控制中心进行分析，也便于接收控制中心发送的配置信息和数据。

在其中一具体实施方式中，所述的带诊断功能的振动传感器，所述故障频率数据为：故障为不平衡，对应的频率为1倍的固有频率；故障为不对中，对应的频率为2倍的固有频率；故障为轴向振动大，对应的频率为3倍的固有频率及高次谐波；故障为径向振动大，对应的频率为2倍的固有频率，3倍的固有频率或者为4倍的固有频率；故障为松动，对应的频率为0.5倍的固有频率，1.5倍的固有频率，2.5倍的固有频率或者3.5倍的固有频率。

在其中一具体实施方式中，所述的带诊断功能的振动传感器，还包括供电模块，其用于对所述嵌入式中央处理单元、所述高频振动采集器、所述低频振动采集器、所述通信单元、所述信号采集转换单元和所述存储单元进行供电。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种动设备的振动检测方法，应用于所述的带诊断功能的振动传感器，包括下列步骤：

步骤一、将带诊断功能的振动传感器安装在被测的动设备上；

步骤二、使被测的动设备处于不运行状态，开启带诊断功能的振动传感器，使用低频振动采集器采集所述动设备自身固有频率的振动数据，嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据，并将其传送至软件平台上，同时将固有频率振动数据存储在存储单元中；

步骤三、所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率自动生成不同类别的故障对应的故障频率数据，并将其存储在所述存储单元中；

步骤四、使被测的动设备处于运行状态，使用高频振动采集器采集所述动设备的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述高频振动采集器采集的振动数据后，将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，将处理后的数据发送至平台软件，同时，所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与存储的故障频率数据进行比对，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息，并将报警信息发送至控制中心。

在其中一具体实施方式中，所述的动设备的振动检测方法，还包括核实步骤，具体包括：

控制中心接收到所述嵌入式中央处理单元发送的报警信息后，下发命令启动所述带诊断功能的振动传感器，使所述高频振动采集器对在运行状态下的动设备振动数据采集N次，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的N次振动数据中滤除掉，并将处理后的N次数据传送至平台软件进行分析，N大于等于2；

若经平台软件分析得出的结论和带诊断功能的振动传感器的报警一致，则确定动设备确实出故障。

在上述实施方式中，增加了核实步骤，能够进一步增加对动设备故障判断的准确性。

在其中一具体实施方式中，所述的动设备的振动检测方法，所述带诊断功能的振动传感器按预设的时间间隔对动设备的振动数据进行采集。动设备振动数据的采集为间歇性采集，可以按预设的时间间隔进行采集，如每隔5小时，每隔10小时，或者每隔12小时采集一次，也可以在每天固定的时间进行采集。带诊断功能的振动传感器也可以在接收到控制中心的命令后进行采集。

因此，本发明实施例提供的带诊断功能的振动传感器，能够有效去除动设备自身固有频率特性产生的干扰数据，使得到的数据更精确和真实，同时也能够无延时诊断，实时进行预警。本发明实施例提供的动设备的振动检测方法，能够提高动设备振动数据的客观性和准确性，也能够及时地获取动设备是否出现故障。

本发明实施例中的振动传感器是将一个或多个敏感元件、精密模拟电路、数字电路、微处理器(MCU)、通讯接口、智能软件系统相结合的产物，并将硬件集成在一个封装组件内。该类传感器具备数据采集、数据处理、数据存储、自诊断、自补偿、在线校准、逻辑判断、双向通讯、数字输出/模拟输出等功能，极大地提高了传感器的准确度、稳定性和可靠性。由于采用标准的数字接口，传感器有着很强的互换性和兼容性。且传感器内嵌了标准的通讯协议和标准的数字接口，使构造同类和/或不同类的复合传感器(多个传感器的结合)变得非常容易；同时借助标准的通讯支持组件，智能化传感器可轻而易举地组成网络或作为用户网络内的一个节点。

具体的，在实际应用中，能够将本发明实施例中带诊断功能的振动传感器应用在大庆油田ZC-GM-550状态监测系统机泵监测中。

1)对机泵监测：1、应用于注水泵、输油泵。2、性能。准确掌握泵效、能耗和主要运行参数，为机泵的管理和改造提供数据依据,对现有设备高效率使用，节能提出合理的改进意见。3、健康安全。及时掌握泵组的运行状态，发现机泵的异常情况，消除安全隐患，保证机泵的安全、正常运行，减少机泵返维修厂、定期维修。4、指导检修、优化运行。能够为现役机泵确定合理的检修时间和方案，指导机泵的使用和维护。高能低效的电机得到及时更换，节约电能。4、故障诊断。电机电磁振动、不对中/联轴节缺陷、不平衡/联轴节缺陷、轴弯曲、机械松动、轴承磨损、油膜振荡、叶轮机构故障、基础松动、机泵窜轴。

2)压缩机监测：1、健康安全。及时准确掌握压缩机的运行状态，及时发现压缩机的异常情况，消除安全隐患，保证压缩机的安全、正常运行。2、故障预警。隐含的故障进行正确的早期预报和诊断，使压缩机在不分解的情况下就能准确判断出故障的部位，分析设备中异常的部位和原因，对于减少和防止事故的发生，提高生产效益，起到极大的促进作用。3、检修指导。能够为现役压缩机确定合理的检修时间和方案，指导压缩机的使用和维护。4、故障诊断。

3)电动机监测：1、应用于中、高压电动机监测诊断。2、健康安全监测。通过对电机温度监测、振动监测、磁通量、局部放电信号的监测分析，及时准确掌握电动机的振动劣化状态和绝缘老化状态，及时发现电动机的异常情况，消除安全隐患，保证电动机的安全、正常运行。3、故障预警。隐含的故障进行正确的早期预报和诊断，分析设备中异常的部位和原因，对于减少和防止事故的发生，提高生产效益，起到极大的促进作用。4、检修指导。能够为现役设备确定合理的检修时间和方案，指导设备使用和维护。5、故障诊断。

工作效果：准确采集和分析出各种故障，保证安全生产。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.带诊断功能的振动传感器，其特征在于，包括：

嵌入式中央处理单元；

低频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在不运行状态下自身固有频率的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据并将其存储在存储单元中，在所述存储单元中还预存有所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率振动数据自动生成的不同类别的故障对应的故障频率数据；

高频振动采集器，其连接至所述嵌入式中央处理单元，用来采集动设备在运行状态下的振动数据；其中，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，并将处理后的数据发送至平台软件，同时所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与预存的故障频率数据进行比对，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息。

2.如权利要求1所述的带诊断功能的振动传感器，其特征在于，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述高频振动采集器和所述低频振动采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用以将所述高频振动采集器和所述低频振动采集器采集的模拟数据转换成数字数据，并传送至所述嵌入式中央处理单元。

3.如权利要求2所述的带诊断功能的振动传感器，其特征在于，还包括通信单元，其与所述嵌入式中央处理单元连接，使所述嵌入式中央处理单元与平台软件进行通信传输。

4.如权利要求1所述的带诊断功能的振动传感器，其特征在于，所述故障频率数据为：故障为不平衡，对应的频率为1倍的固有频率；故障为不对中，对应的频率为2倍的固有频率；故障为轴向振动大，对应的频率为3倍的固有频率及高次谐波；故障为径向振动大，对应的频率为2倍的固有频率，3倍的固有频率或者为4倍的固有频率；故障为松动，对应的频率为0.5倍的固有频率，1.5倍的固有频率，2.5倍的固有频率或者3.5倍的固有频率。

5.如权利要求3所述的带诊断功能的振动传感器，其特征在于，还包括供电模块，其用于对所述嵌入式中央处理单元、所述高频振动采集器、所述低频振动采集器、所述通信单元、所述信号采集转换单元和所述存储单元进行供电。

6.动设备的振动检测方法，应用于权利要求1～5所述的带诊断功能的振动传感器，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一、将带诊断功能的振动传感器安装在被测的动设备上；

步骤二、使被测的动设备处于不运行状态，开启带诊断功能的振动传感器，使用低频振动采集器采集所述动设备自身固有频率的振动数据，嵌入式中央处理单元接收所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据，并将其传送至软件平台上，同时将固有频率振动数据存储在存储单元中；

步骤三、所述嵌入式中央处理单元根据动设备固有频率自动生成不同类别的故障对应的故障频率数据，并将其存储在所述存储单元中；

步骤四、使被测的动设备处于运行状态，使用高频振动采集器采集所述动设备的振动数据，所述嵌入式中央处理单元接收所述高频振动采集器采集的振动数据后，将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的振动数据中滤除掉，将处理后的数据发送至平台软件，同时，所述嵌入式中央处理单元将处理后的数据与存储的故障频率数据进行比对，若与其中一种故障频率数据一致，则说明出现故障，产生报警信息，并将报警信息发送至控制中心。

7.如权利要求6所述的动设备的振动检测方法，其特征在于，还包括核实步骤，具体包括：

控制中心接收到所述嵌入式中央处理单元发送的报警信息后，下发命令启动所述带诊断功能的振动传感器，使所述高频振动采集器对在运行状态下的动设备振动数据采集N次，所述嵌入式中央处理单元将所述低频振动采集器采集的固有频率振动数据从所述高频振动采集器采集的N次振动数据中滤除掉，并将处理后的N次数据传送至平台软件进行分析，N大于等于2；

若经平台软件分析得出的结论和带诊断功能的振动传感器的报警一致，则确定动设备确实出故障。

8.如权利要求6所述的动设备的振动检测方法，其特征在于，所述带诊断功能的振动传感器按预设的时间间隔对所述动设备的振动数据进行采集。

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