CN113670374A - 旋转部件的参数监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转部件的参数监测系统及方法，该系统包括：转子组件和定子组件；转子组件与设置在待测旋转部件上的传感器连接，转子组件与待测旋转部件同步旋转；转子组件还与定子组件连接；转子组件用于接收各传感器感知的检测信号，并对检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给定子组件；定子组件用于对第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备，以使监测设备对待测旋转部件的参数进行监测。实现了待测旋转部件温度、应变等参数的实时在线监测，通过空间光通信传输，不容易受到干扰，有效提高了参数检测结果的准确性，解决了现有技术采用无线射频容易受干扰的问题。

Description

旋转部件的参数监测系统及方法

技术领域

本发明涉及参数检测技术领域，尤其涉及一种旋转部件的参数监测系统及方法。

背景技术

发动机及燃气轮机等设备的叶片、盘、轴、轴承以及转动齿轮等旋转部件工作在高温、高旋、高振动的恶劣环境中，旋转部件的实际工作温度、压力、疲劳应变等参数是反映设备工作状态的重要数据，也是旋转部件设计研究、试验验证必须的测量指标，参数的数据获取与传输的有效性、实时性和稳定性关乎设备全生命周期的控制、监控、运行、安全及维护保障，实现旋转部件的实时监控及故障诊断需要采用可靠而又不妨碍旋转部件正常工作的传感参数检测系统以监测旋转部件的运行状态。

现有技术通常通过无线射频将传感器的检测数据传输给外部监测设备，但是，采用无线射频传输，容易受干扰，导致检测结果不够准确有效，从而导致监测效果较差。

发明内容

本发明实施例提供一种旋转部件的参数监测系统及方法，以解决现有技术检测结果不够准确导致监测效果较差等问题。

第一个方面，本发明实施例提供一种旋转部件的参数监测系统，包括：转子组件和定子组件；

所述转子组件与设置在待测旋转部件上的传感器连接，所述转子组件与所述待测旋转部件同步旋转；所述转子组件还与所述定子组件连接；

所述转子组件用于接收各传感器感知的检测信号，并对所述检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给所述定子组件；

所述定子组件用于对所述第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备，以使所述监测设备对所述待测旋转部件的参数进行监测。

第二个方面，本发明实施例提供一种旋转部件的参数监测方法，包括：

转子组件接收各传感器感知的检测信号，对所述检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给定子组件；

定子组件对所述第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备；

监测设备基于所述第二处理结果获得待测旋转部件的参数并进行可视化处理。

本发明实施例提供的旋转部件的参数监测系统及方法，通过转子组件与待测旋转部件同步旋转，可实时在线获取待测旋转部件上传感器的检测信号，并经过信号处理后将获得的第一处理结果实时通过空间光通信传输给定子组件，定子组件则实时输出到监测设备进行实时在线展示，从而实现了待测旋转部件温度、应变等参数的实时在线监测，通过空间光通信传输，不容易受到干扰，有效提高了参数检测结果的准确性，解决了现有技术采用无线射频容易受干扰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的转子组件的一种示例性安装剖面示意图；

图3为本发明一实施例提供的图2沿A1-A2的横截面示意图；

图4为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测系统与待测旋转部件的一种示例性连接示意图；

图5为本发明一实施例提供的转子组件的一种示例性结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的无线传输模块的一种示例性结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的定子组件的一种示例性结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的无线传输模块的通信原理示意图；

图9为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测系统的一种示例性结构框图；

图10为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测系统的另一种示例性结构示意图；

图11为本发明一实施例提供的监测设备的主体功能的框架示意图；

图12为本发明一实施例提供的传感器的检测信号的信号调理流程示意图；

图13为本发明一实施例提供的系统运行流程示意图；

图14为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测方法的流程示意图；

图15为本发明一实施例提供的旋转部件的参数监测方法的整体流程框图；

附图标记：

10-旋转部件的参数监测系统(简称系统)；

11-转子组件；

111-信号调理模块；

112-AD转换模块；

113-第一核心处理模块；

114-第一无线传输模块；

115-第一充电传输模块；

116-信号转接模块；

12-定子组件；

121-第二无线传输模块；

122-第二核心处理模块；

123-输出模块；

124-第二充电传输模块；

13-转接法兰；

14-监测设备；

15-冷却组件；

20-待测旋转部件。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在以下各实施例的描述中，“多个”的含义是两个及两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

本发明一实施例提供一种旋转部件的参数监测系统，用于旋转部件温度、应变、压力等参数的实时在线监测。

如图1所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测系统的结构示意图，该系统10包括：转子组件11和定子组件12。

其中，转子组件11与设置在待测旋转部件上的传感器连接，所述转子组件11与所述待测旋转部件同步旋转；所述转子组件11还与所述定子组件12连接；所述转子组件11用于接收各传感器感知的检测信号，并对所述检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给所述定子组件12；所述定子组件12用于对所述第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备，以使所述监测设备对所述待测旋转部件的参数进行监测。

可选地，转子组件11可以设置在一筒状壳体内，壳体的一端与待测旋转部件固定连接，比如通过转接法兰及法兰盖与待测旋转部件固定连接，使得壳体与待测旋转部件同步旋转，从而壳体内的转子组件11与待测旋转部件同步旋转，转子组件11在壳体内的设置方式可以根据实际需求设置。

示例性的，该转子组件11可以根据功能设置为一个或多个电路板，各电路板的形状与壳体内形状适配，比如为了提高电路板的使用面积，壳体内中空结构设为圆柱状，则各电路板横截面设置为与壳体内中空结构适配的圆形，在实际应用中，壳体内中空结构也可以设置为上下两面为正方形的长方体，则各电路板的横截面设置为正方形，各电路板之间电连接，层叠置于壳体中，并通过壳体上盖压紧各电路板，避免各电路板沿轴向的相对运动；对于圆柱状中空结构来说，在壳体内壁还可以设置沿轴向的卡槽，在各电路板边上对应设置与卡槽匹配的凸起，使得各电路板卡在卡槽内，当壳体旋转时，保证各电路板相对于壳体是静止的，避免在壳体旋转时各电路板相对于壳体旋转，从而保证了转子组件11与待测旋转部件的同步旋转；对于非圆柱状中空结构来说，比如长方体，适配的正方形电路板置于其中，四个角起到了避免旋转的作用，可以不必设置卡槽，当然，为了更加稳固，也可以设置卡槽，具体可以根据实际需求设置，只要能够保证转子组件11与待测旋转部件同步旋转即可。

示例性的，如图2所示，为本实施例提供的转子组件的一种示例性安装剖面示意图，如图3所示，为本实施例提供的图2沿A1-A2的横截面示意图；该示例中，电路板以横截面为圆形为例，电路板外周均匀分布有4个凸起，对应壳体内壁的四个卡槽，在实际应用中，卡槽及对应凸起的数量可以根据实际需求设置，本发明不做限定。

转子组件11与待测旋转部件上的传感器可以通过信号引线(比如电缆)连接，传感器可以是温度传感器、应变传感器、压力传感器等传感器中的一种或多种，也即传感器的数量至少为一个，具体可以根据实际需求设置，本实施例不做限定；基于多种类型的多个传感器可以部署分布式传感器网络，实现分布式传感数据采集。

转子组件11与定子组件12无线连接，为了提高参数检测结果的准确性，转子组件11与定子组件12之间通过空间光通信连接，实现数据交互，解决现有技术通过无线射频传输容易受干扰的问题，有效提高参数检测结果的准确性，从而有效提高实时在线监测效果。

定子组件12固定在预设位置(为了区分可以称为第一预设位置)，第一预设位置可以根据实际的监测环境设置，本发明不做限定，只要能够保证定子组件12与转子组件11在同一中心轴即可，定子组件12与外部监测设备连接，具体连接方式可以根据实际需求设置，比如通过USB接口与监测设备连接，当然也可以是通过其他任意可实施的连接接口进行连接，本实施例不做限定。

定子组件12的实际安装方式与转子组件11类似，在此不再赘述。

示例性的，如图4所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测系统与待测旋转部件的一种示例性连接示意图，转子组件11一端通过转接法兰13与待测旋转部件20固定连接，待测旋转部件20上各传感器通过信号引线与转子组件11连接，传感器的信号引线穿过待测旋转部件及转接法兰13的空心轴连接到转子组件11，信号引线采用耐高温引线；转子组件11另一端与定子组件12通过空间光通信进行数据交互，转子组件11还通过电磁感应与定子组件12耦合连接，实现电能的无线传输，为转子组件11各模块进行供电；定子组件12与监测设备14通过线缆连接，本示例中定子组件12与监测设备14通过USB通信线缆连接；监测设备14为可视化监测终端，配置有可视化监测软件，实现对定子组件12传输的参数相关数据的可视化处理并在监测终端的界面展示，实现参数的实时在线监测。

当需要进行实时在线监测时，可以通过监测终端向定子组件12发送数据采集指令，定子组件12解析到数据采集指令后，通过空间光通信向转子组件11发送携带数据采集指令的光信号，转子组件11接收到光信号后，经光电转换，获得相应的电信号，并进行解码获得数据采集指令，并根据数据采集指令，从相应传感器采集检测信号，并对所述检测信号进行信号处理，获得预设协议格式的第一处理结果，并通过空间光通信发送给所述定子组件12，定子组件12获取到第一处理结果后，对第一处理结果进行编码处理，获得符合与监测设备之间的传输协议格式的第二处理结果，经与监测设备14之间的接口发送给监测设备14，监测设备14获取到第二处理结果后，进行解码及解析，获得检测的参数结果并进行可视化处理及展示，从而实现对待测旋转部件相关参数的实时在线监测。

本实施例提供的旋转部件的参数监测系统，通过转子组件与待测旋转部件同步旋转，可实时在线获取待测旋转部件上传感器的检测信号，并经过信号处理后将获得的第一处理结果实时通过空间光通信传输给定子组件，定子组件则实时输出到监测设备进行实时在线展示，从而实现了待测旋转部件温度、应变等参数的实时在线监测，通过空间光通信传输，不容易受到干扰，有效提高了参数检测结果的准确性，解决了现有技术采用无线射频容易受干扰的问题。

为了使本发明的技术方案更加清楚，本发明另一实施例对上述实施例提供的系统做进一步补充说明。

作为一种可实施的方式，如图5所示，为本实施例提供的转子组件的一种示例性结构示意图，为了保证检测信号能够准确有效地传输，在上述实施例的基础上，可选地，转子组件11可以包括：信号调理模块111、AD转换模块112、第一核心处理模块113和第一无线传输模块114。

其中，所述信号调理模块111，用于接收各传感器的检测信号，并对所述检测信号进行预处理，获得符合预设范围的调理结果信号，并发送给所述AD转换模块112；所述AD转换模块112，与所述信号调理模块111连接，用于接收所述调理结果信号，并对所述调理结果信号进行AD转换，获得第一数字信号，发送给所述第一核心处理模块113；所述第一核心处理模块113，与所述AD转换模块112连接，用于对所述第一数字信号进行编帧编码，获得第一编码结果，并发送给所述第一无线传输模块114；所述第一无线传输模块114，与所述第一核心处理模块113连接，用于将所述第一编码结果作为所述第一处理结果，并将所述第一处理结果转换为第一激光信号发送给所述定子组件12。

具体的，信号调理模块111对检测信号进行调理、滤波、放大等预处理，获得符合预设范围的调理结果信号；AD转换模块112将调理结果信号从模拟信号转换为数字信号(称为第一数字信号)，具体转换原理为现有技术，在此不再赘述；第一核心处理模块113可以将第一数字信号进行存储，并可以对第一数字信号进行编帧编码，获得符合与定子组件之间的传输协议格式的编码结果(称为第一编码结果)；编码可以包括信源编码和信道编码，信源编码的作用是使数据传输能够充分地利用传输通道带宽，信道编码的作用是使数据能够正确无误地传输到监测设备；第一无线传输模块114将第一编码结果作为第一处理结果进行电光转换，获得对应的激光信号(称为第一激光信号)发送给定子组件12，定子组件中包括与第一无线传输模块对应的第二无线传输模块，转子组件11和定子组件12即通过第一无线传输模块和第二无线传输模块实现电光转换及光电转换，通过激光无线传输完成数据交互。

激光传输(也即空间光传输)是以自由空间激光为载体，大气为信道，完成传感器检测信号的无线激光传输，便于实现相对旋转部件之间的数据传输问题，具有高带宽、高可靠性，实现无电磁辐射的相对旋转设备间的通信。

根据实际需要完成的功能，第一无线传输模块114(或第二无线传输模块)可以包括无线光收发模块、电源模块等部分，电源模块用于为第一无线传输模块供电，无线光收发模块用于在发送时完成电光转换并发送，在接收时接收后完成光电转换。

第一无线传输模块114还可以包括数据接口模块，比如RS485高速数据接口模块，数据接口模块用于对待发送的第一处理结果进行整形优化，进一步增强抗干扰能力。

示例性的，如图6所示，为本实施例提供的无线传输模块的一种示例性结构示意图，这里无线传输模块可以是转子组件的第一无线传输模块，也可以是定子组件的第二无线传输模块，无线传输模块具体可以包括无线光发送模块和无线光接收模块，还可以包括高速数据接口模块，还可以包括电源模块为该无线传输模块供电，以转子组件为例，该电源模块可以是指转子组件的总电源模块，各需要供电的模块均与该电源模块连接，可选地，该电源模块也可以是指总电源模块中将电能变换成符合该无线传输模块需求电能的变换部分，具体可以根据实际需求设置。

可选地，数据接口模块也可以是转子组件中独立的模块，即位于第一核心处理模块113与第一无线传输模块114之间的接口模块，第一核心处理模块113将获得的第一处理结果通过该数据接口模块发送给第一无线传输模块114，以对第一处理结果进行整形优化，增强抗干扰能力。

在实际应用中，转子组件11或定子组件12中的数据接口模块完成无线传输模块与核心处理模块之间的信号电平转换，无线光发送模块完成电信号到光信号的转换，并将光信号以特定的发散角发送到大气传输信道；无线光接收模块将接收视场内光信号耦合到光探测器并转换为电信号。

进一步地，如图7所示，为本实施例提供的定子组件的一种示例性结构示意图，为了保证定子组件的准确传输，定子组件12具体可以包括：第二无线传输模块121、第二核心处理模块122和输出模块123。

其中，第二无线传输模块121与所述转子组件11的所述第一无线传输模块114进行空间光通信，用于接收所述第一无线传输模块114发送的第一激光信号，并根据所述第一激光信号转换出所述对应的第一电信号，发送给所述第二核心处理模块122；所述第二核心处理模块122，与所述第二无线传输模块121连接，用于对所述第一电信号进行编码，获得符合所述输出模块的传输格式的所述第二处理结果，并发送给所述输出模块123；所述输出模块123，与所述第二核心处理模块122连接，用于将所述第二处理结果输出到所述监测设备14。

具体的，第二无线传输模块121的具体原理与第一无线传输模块114类似，具体已在前面进行了详细说明，在此不再赘述；第二核心处理模块122在获得第一电信号后，判断第一电信号类型是否为需要的数据，确认后，对第一电信号再次进行编码，获得符合输出模块与监测设备之间的通信协议的第二处理结果，并发送给输出模块123，输出模块123则将第二处理结果发送给监测设备14。

可选地，定子组件12的各模块可以通过与外部的通信接口供电，比如USB接口供电，具体供电方式不做限定。

示例性的，如图8所示，为本实施例提供的无线传输模块的通信原理示意图，无线传输模块包括的无线光收发模块以激光收发模块为例，转子组件的激光收发模块置于轮盘中心，与定子组件的激光收发模块及无线充电发射线圈对应；激光收发模块采用同源不同波长的激光进行同步激光通信，本示例中，激光光源的发散角为25°。在旋转台(即转子组件)的旋转过程中，可以根据实际需求设置光路以确保接收端的光信号处于探测器灵敏度范围内。探测器采用光敏面为1mm，接收视场超过60°的高灵敏度探测器进行激光信号接收，保证探测器在旋转台旋转过程中接收到尽可能多的功率信号。

在实际应用中，输出模块123可以采用任意可实施的接口与监测设备14连接，比如输出模块可以为USB输出模块，通过USB通信线缆与监测设备14连接，实现与监测设备14的数据交互。

进一步地，由于转子组件11各模块为电子元器件，其正常工作需要电源为其供电，为了保证转子组件11各模块的正常工作，转子组件11还包括第一充电传输模块115，相应地，定子组件12包括第二充电传输模块124，第一充电传输模块115与第二充电传输模块124耦合连接；第一充电传输模块115通过电磁耦合接收第二充电传输模块124传输的电能，并转换成转子组件11各模块(比如上述的信号调理模块、AD转换模块、第一核心处理模块、第一无线传输模块等)需要的电能为各模块供电。

在实际应用中，第一充电传输模块115可以包括充电接收模块和电源模块，第二充电传输模块124可以包括充电发射模块，充电接收模块与充电发射模块通过电感感应实现电能的传输，第一充电传输模块115的电源模块将充电接收模块接收的电能转换成符合各模块需求的电压为各模块供电，具体的，可以是基于整流滤波和调压电路将电能变换到各模块对应的合适范围，为各模块供电，具体变换原理为现有技术，在此不再赘述。

在实际应用中，定子组件12可以通过外部接口(比如USB接口)供电，再由第二充电传输模块124向转子组件11传输电能，根据转子组件11的功耗，可以将USB充电功率增大，提高转子组件11的载荷。

在实际应用中，第二充电传输模块124的无线充电线圈可以采用PCB板式设计，无线供电时，可以根据实际需求设置距离、线圈粗细、圈数、频率等参数来确定需要的充电效果，充电状态的监测与中止、充电电流大小的控制、电磁噪声对对采集精度的影响，考虑到这些因素，定子组件12的第二充电传输模块124的充电发射模块可以采用大功率专用集成电路XKT-901来实现，体积小输出功率强大，专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-901采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控；XKT-335是高频大功率输出集成电路，配合XKT-901芯片可在较高频率范围内使用，大大减少发送线圈的体积和尺寸增强发射功率，降低线圈成本，由于对线圈电感量要求小也可直接采用PCB作为发射使生产应用更加简便。

相应的，转子组件11的第一充电传输模块的充电接收模块可以采用XKT-3169芯片，可以输出2A的大电流，从而提高了输出的功率。同样，可以通过改变与线圈并联的电容的大小以及线圈的尺寸，从而调整输出端功率的大小。

作为另一种可实施的方式，为了提高数据传输速率，可选地，所述信号调理模块111为多通道信号调理模块；所述转子组件11还包括信号转接模块116；所述信号转接模块116，用于将各传感器的信号引线转接适配到信号调理模块的对应的通道；所述AD转换模块112包括模拟开关及多个AD转换器；所述模拟开关与AD转换器配合，以使所述AD转换模块112能够对输入的多路模拟信号进行AD转换。

具体的，信号转接模块116为硬件转接模块，用于将各传感器的信号引线转接适配到信号调理模块111的对应的通道，具体对应关系可以根据实际需求设置，使得后续处理时能够确定哪个引线采集的是哪个传感器的检测信号。

通过多路采集、调理及AD转换有效提高数据传输效率，多路处理需要控制多路模拟开关进行切换，结合AD转换器将模拟信号转换为易于传输的数字信号。

示例性，通过8个16选1的AD转换器可实现128路的数据传输，采样精度可达到小于0.5％，数据传输速率可高达40Mbps，通过无线激光传输，无线实时传输距离可达2cm。

在实际应用中，可以根据实际需求选择需要采集数据的任意传感器组合，本发明不做限定。

示例性的，如图9所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测系统的一种示例性结构框图，其中，转子组件包括多通道信号调理模块、第一核心处理模块、大容量数据存储模块、第一无线传输模块、无线充电接收模块和电源模块，无线充电接收模块和电源模块即构成上述的第一充电传输模块；定子组件包括第二无线传输模块、第二核心处理模块、输出模块和无线充电发射模块(即上述第二充电传输模块包括的充电发射模块)

作为另一种可实施的方式，为了增强抗干扰能力，所述转子组件11还包括高速数据接口；所述第一核心处理模块113通过所述高速数据接口将所述第一编码结果发送给所述第一无线传输模块114；所述高速数据接口，用于对所述第一编码结果进行整形优化，使得优化后的第一编码结果具有更强的抗干扰能力。

在实际应用中，高速数据接口(即数据接口模块或高速数据接口模块)可以采用RS485通信，由于仅用于短距离电光—光电转换，可以最大功率进行通信，比如采用RS-485/422通讯的高速差分总线收发器,能够向54Ω负载提供+2.1V的最小输出电平和40Mbps的数据速率，并且输出偏斜小于2ns；该器件工作在+5V电源下，集成了真失效保护电路，当接收器输入开路或短路时保证接收器输出为逻辑高；驱动器具有短路电流限制，并由热关断电路防止其产生过量的功率耗散；驱动器和接收器分别具有高有效和低有效的使能控制，可以将它们在外部连接在一起作为方向控制信号。

由于待测旋转部件通常工作在高温、高旋、高振动等恶劣环境中，转子组件11与待测旋转部件通过转接法兰13固定连接，随着工作不断进行，待测旋转部件的温度会不断传递到转接法兰13及转子组件11，从而使转子组件11的各电子器件处于高温环境中，严重影响转子组件11的工作性能及寿命，为了提高转子组件11的工作性能，保证转子组件11能够在正常温度环境下工作，本发明提供了一种为转子组件11进行冷却的冷却组件，如图10所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测系统的另一种示例性结构示意图，该系统10还包括冷却组件15；该冷却组件15，设置在所述转子组件11周围，用于对所述转子组件11进行冷却。

具体的，冷却组件15通过连接轴(即冷却组件连接轴151)固定在待测旋转部件20所属待测设备的静止部分的第二预设位置，在工作时，冷却组件15不随待测旋转部件旋转，而是相对于待测设备的静止部分静止。

在实际应用中冷却组件15的具体结构可以采用任意可实施的结构，本发明不做限定。

示例性的，冷却组件15可以包括冷却主体和冷却盖，冷却主体内部为中空结构，冷却盖上设置有与中空结构连通的入口和出口，通过入口送入冷却介质，出口流出冷却介质，通过冷却介质的流通带走转子组件的热量，达到为转子组件降温的目的；冷却主体内部中空结构的具体形状、尺寸可以根据实际需求设置，本发明不做限定。比如冷却主体可以设置成环形冷却槽，由靠近中心轴的第一槽壁和远离中心轴的第二槽壁及槽底构成，冷却盖与第一槽壁和第二槽壁的顶端固定密封连接，避免冷却介质沿槽口流出，使得冷却组件形成通过冷却盖的入口和出口实现冷却介质的循环流通的冷却结构，有效对转子组件进行冷却。

可选地，在实际应用中也可以是在冷却主体内部设置有预设数量的连通的导管，每个导管包括入口和出口，通过入口送入冷却介质，通过出口流出冷却介质，实现对转子组件的冷却。

当然还可以采用其他冷却方式为转子组件降温，具体可以根据实际需求设置。

可选地，冷却组件15还可以包括电控单元，用于控制冷却介质的流速，并可以在冷却主体内部的冷却介质中设置温度传感器，检测冷却介质的温度，进而基于冷却介质温度不断调整冷却介质的流速，从而可以精确控制转子组件的环境温度。

可选地，冷却介质可以是低温冷却水或其他可实施的冷却介质，具体可以根据实际需求设置。

可选地，冷却组件15可以利用外部可控阀控制冷却介质循环将高温热量带走，从而降低转子组件11的工作温度，保护其内部电子元器件，确保转子组件11长时间可靠工作。

作为另一种可实施的方式，为了能够实时观察待测旋转部件的参数情况，该系统还包括监测设备14；所述监测设备14，用于接收所述定子组件12发送的第二处理结果，并基于所述第二处理结果进行可视化处理并展示。

具体的，监测设备14可以是在线可视化监测终端，其配置有可视化监测软件，在接收到定子组件12传输的第二处理结果后，可以基于第二处理结果获得待测旋转部件各部位相关参数的具体情况，并进行可视化处理后在监测设备的界面上进行实时显示，以使相关人员能够实时查看待测旋转部件的当前情况。

可视化监测终端可集成可视化数据解析、回放软件，用于高温、应变传感器数据的采集、存储、解析、可视化展示和数据分析，并为后续系统性能、故障分析等提供数据支撑。比如可以采用Labview2017设计，遵循面向对象、可配置、泛化性强和健壮性好的设计原则进行设计和开发。

示例性的，如图11所示，为本实施例提供的监测设备的主体功能的框架示意图，主体功能可以包括可视化监测界面设计和在线可视化业务逻辑处理两大模块，具体如下：

1、可视化监测界面设计包含以下6个子模块：

(1)主界面导航界面：界面导航可以完成系统数据显示界面的切换、开始读数、停止读数、打开文件目录、数据采集时间、数据采集大小与速度的显示和查看，还有当前系统运行状态等。

(2)监测参数配置界面：该部分位于导航页面，主要完成数据传输命令向转子组件的下载与传输速度的配置、采集速度选择、命令选择、自定义命令输入与配置、包括初步的系统自检功能、系统实测、通道配置测试，自定义测试需配合自定义命令进行命令的实时装配与下发，方可完成自定义测试功能。

(3)温度应变采集实时显示界面：可完成多通道(比如128通道)实时数据的动态曲线绘制和数字显示，当通道数据较多，可选择曲线展示图右侧的复选框指定实现通道数据。数字显示包括通道原始AD数据显示、转换电压/电阻值，实测温度/应变换算值。其中通道数据转换模块用于完成测量量与物理量和温度/应变的自动转换，其中测量量转换为物理量和温度/应变时可以通过选择对应分度表完成相应转换。

(4)温度应变采集数据回放界面：数据回放基于实时存储的数据进行单次全时间段数据可视化呈现，用于对数据采集过程和被测对象温度变化总体趋势进行浏览，对实时监测中发现的异常点进行二次回放。有助于用户对整个测试过程中被测参数进行整体把控和掌握。

(5)温度应变采集数据解析界面：数据解析界面主要用于对采集原始数据按照帧格式进行误码、丢数，串行等各种形式的数据错误进行解析，从而发现测试软件处理，USB通信或者激光无线通信，通道采集噪声对数据传输过程中造成的影响，或者数据本身产生的真实变化。

(6)数据管理和权限配置界面：数据管理和权限配置主要对软件使用人员对数据浏览、修改和软件使用规范管理，对测试任务等级与人员等级进行匹配授权。

2、在线可视化业务逻辑处理包含以下6个子模块：

(1)USB通信配置：USB通信配置比如可以是按照USB2.0通信协议进行软硬件“握手”，确保在定子组件连接USB线缆后可以实时建立通信，完成数据交互。

(2)监控参数配置：主要用于完成系统开始读数、停止读数、数据采集时间、数据采集大小，采集速度、自定义命令输入与配置、系统自检、系统实测、通道配置测试、命令选择等功能开发以及相互之间的配合。

(3)监控命令配置：主要用于与转子组件相关固件通信用的命令，可以在线配置转子组件的工作模式，还可用于后续系统扩展升级。

(4)数据接收与存储模块：用于接收定子组件转发的转子组件的传感器采集数据，并且同步实时存储到本地计算机。

(5)数据解析与可视化处理：此模块分两种工作模式，一种是实时解析与可视化呈现，另外一种是测试完成后数据完整分析和全程数据回放。前者要求实时处理，可剔除不完整数据帧，同时做数字滤波处理，后者需要完整呈现原始测试数据，整个动态变化。

(6)数据类型转换与换算：此功能主要是将原始数据的AD值，通过数学运算转换为采集电压或者电阻，在查询标准分度表或者自制物理量对应表，得出最终的应变、温度等参数值。

在实际应用中，监测设备可以基于LINUX、WINDOWS等操作系统开发可视化监测软件，监测软件可以通过USB协议与定子组件进行信息交互，包括监测参数配置，数据上传和回放，实时在线监测转子组件的工况等。

在实际应用中，示例性的，SUB通信可以采用单通道USB 2.0转串口/并口集成芯片FT232H，它有能力配置在各种工业标准串行或并行接口。最高传输速率达到480Mb/s，通过监测终端可实现转子组件的控制与数据回传。

作为另一种可实施的方式，定子组件12还用于接收监测设备14发送的指令，若确定所述指令为数据采集指令，则通过空间光通信向所述转子组件11发送数据采集指令；所述转子组件11具体用于，若接收到数据采集指令，从各传感器获取检测信号。

具体的，转子组件11的数据采集操作是根据定子组件12转发的监测设备14的数据采集指令来开始执行的，在实际应用中，转子组件11还可以包括数据存储模块，用于存储采集的传感器的检测信号，转子组件11也可以根据监测设备14的数据读取指令从数据存储模块读取存储的数据，进行相应处理后，通过定子组件12传输给监测设备14进行分析处理及展示，具体可以根据实际需求设置。

在实际应用中，采用热电偶传感器进行温度检测，而热电偶冷端温度容易受环境影响发生变化，容易导致温度采集精度较低，针对这一问题，本发明提供了一种冷端补偿电路，对冷端温度进行补偿，提高温度采集精度。具体来说，可以采用Pt100热电阻温度传感器对热电偶冷端温度进行实时测量，基于热电偶和热电阻的温度测量技术实现温度测量，热电阻采用四线制接法消除引线电阻影响，提高补偿端测温精度。因热电偶采集涉及到信号滤波、放大等模拟电路和AD采集电路，容易受空间辐射、串扰噪声及电源噪声的影响，针对这一问题，本发明通过射频滤波电路和二阶低通滤波电路，来降低传感器信号采集过程中空间辐射、串扰噪声以及电源噪声对信号采集精度的影响，进一步提高数据采集精度。

示例性的，如图12所示，为本实施例提供的传感器的检测信号的信号调理流程示意图，其中，T表示温度、R表示电阻、V表示电压信号、δ表示经射频滤波处理后的信号、A表示增益。

在实际应用中，转子组件11与定子组件12之间的传输协议帧格式及定子组件12与监测设备14之间的传输协议帧格式可以根据实际需求设置，本发明不做限定。

本发明提供的旋转部件的参数监测系统，通过转子组件对外部温度、应变等传感器输入的检测信号进行信号处理，然后通过激光通信实现转子组件与定子组件的无线数据交互，最终由定子组件将数据实时上传到监测设备，并进行实时解析、显示，从而实现对待测旋转部件的温度、应变等参数的实时可视化在线监测；还通过转子组件与定子组件的电磁感应进行无线电能传输，有效提高无线实时传输距离，使得无线实时传输距离可达2cm；还通过多路信号调理及模拟开关与AD转换器配合，实现多路数据采集及传输，进一步提高数据传输速率，使得数据传输速率可高达40Mbps；基于激光通信实现无线传输，不易受干扰，有效提高数据采集精度；还通过高速数据接口对信号进行整形优化，提高信号传输过程中的抗干扰能力，进一步提高数据采集的准确性和精度；还通过可视化监测设备可以实现可视化数据解析、回放及可视化展示，为后续系统性能、故障分析等提供数据支撑，并且可以为用户提供方便的交互界面，使用户可以方便地进行各种参数配置及数据查看。

下面结合一测试工作流程对本发明的旋转部件的参数监测系统的整体运行流程进行详细说明。

如图13所示，为本实施例提供的系统运行流程示意图，该系统运行流程具体包括：

1、连接定子组件与在线监测终端(即监测设备)的USB接口；

2、启动转子组件和定子组件供电初始化，如果初始化失败，重新加电初始化，如果仍然失败，进行故障诊断，否则进入下一步，转子组件和定子组件等待外部命令输入，循环监测命令输入端口。

3、启动在线监测终端软件，并且启动USB通信初始化，如果初始化失败，重新连接USB进行通信，如果仍然失败，进行故障诊断，否则进入下一步；

4、监测终端软件初始化配置测试模式，采样率，采样通道数，采样通道修正参数配置，系数换算，分度表选择等参数，然后启动测试；

5、定子组件收到监测终端软件指令以后，进行格式转换，再经过电光激光器件转发给转子组件；

6、转子组件检测到指令以后对指令进行判读，如果是系统测试指令，那么转子组件启动测试，将传感器采集数据编帧编码经过电光转换传输给定子组件，如果是系统自检测试指令，将约定好帧格式的标准数据传输给定子组件，定子组件将收到的数据经过USB透传到监测终端；

7、监测终端根据发送的指令对软件解析的数据进行判读，根据判断结果对测试数据进行可视化显示。

本发明另一实施例提供一种旋转部件的参数监测方法，用于对旋转部件的温度、应变等参数进行实时在线监测。

如图14所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测方法的流程示意图。该方法包括：

步骤201，转子组件接收各传感器感知的检测信号，对检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给定子组件。

步骤202，定子组件对第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备。

步骤203，监测设备基于第二处理结果获得待测旋转部件的参数并进行可视化处理。

需要说明的是，上述步骤的具体操作已在上述实施例中进行了详细说明，在此不再赘述。

示例性的，如图15所示，为本实施例提供的旋转部件的参数监测方法的整体流程框图。

本实施例提供的旋转部件的参数监测方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该系统的实施例中进行了详细描述，且能够达到相同的技术效果，此处将不做详细阐述说明。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置(系统)和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，仅仅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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种旋转部件的参数监测系统，其特征在于，包括：

转子组件和定子组件；

所述转子组件与设置在待测旋转部件上的传感器连接，所述转子组件与所述待测旋转部件同步旋转；所述转子组件还与所述定子组件连接；

所述转子组件用于接收各传感器感知的检测信号，并对所述检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给所述定子组件；

所述定子组件用于对所述第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备，以使所述监测设备对所述待测旋转部件的参数进行监测。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转子组件包括：信号调理模块、AD转换模块、第一核心处理模块和第一无线传输模块；

所述信号调理模块，用于接收各传感器的检测信号，并对所述检测信号进行预处理，获得符合预设范围的调理结果信号，并发送给所述AD转换模块；

所述AD转换模块，与所述信号调理模块连接，用于接收所述调理结果信号，并对所述调理结果信号进行AD转换，获得第一数字信号，发送给所述第一核心处理模块；

所述第一核心处理模块，与所述AD转换模块连接，用于对所述第一数字信号进行编帧编码，获得第一编码结果，并发送给所述第一无线传输模块；

所述第一无线传输模块，与所述第一核心处理模块连接，用于将所述第一编码结果作为所述第一处理结果，并将所述第一处理结果转换为第一激光信号发送给所述定子组件。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定子组件包括：第二无线传输模块、第二核心处理模块和输出模块；

所述第二无线传输模块，与所述转子组件的所述第一无线传输模块进行空间光通信，用于接收所述第一无线传输模块发送的第一激光信号，并根据所述第一激光信号转换出对应的第一电信号，发送给所述第二核心处理模块；

所述第二核心处理模块，与所述第二无线传输模块连接，用于对所述第一电信号进行编码，获得符合所述输出模块的传输格式的所述第二处理结果，并发送给所述输出模块；

所述输出模块，与所述第二核心处理模块连接，用于将所述第二处理结果输出到所述监测设备。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述转子组件还包括：第一充电传输模块；所述定子组件还包括第二充电传输模块；

所述第一充电传输模块与所述第二充电传输模块耦合连接，用于接收所述第二充电传输模块传输的电能，并为所述转子组件的其他模块供电。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号调理模块为多通道信号调理模块；所述转子组件还包括信号转接模块；

所述信号转接模块，用于将各传感器的信号引线转接适配到信号调理模块的对应的通道；

所述AD转换模块包括模拟开关及多个AD转换器；

所述模拟开关与AD转换器配合，以使所述AD转换模块能够对输入的多路模拟信号进行AD转换。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述转子组件还包括高速数据接口；

所述第一核心处理模块通过所述高速数据接口将所述第一编码结果发送给所述第一无线传输模块；所述高速数据接口，用于对所述第一编码结果进行整形优化。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷却组件；

所述冷却组件，设置在所述转子组件周围，用于对所述转子组件进行冷却。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括监测设备；

所述监测设备，用于接收所述定子组件发送的第二处理结果，并基于所述第二处理结果进行可视化处理并展示。

9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述定子组件还用于接收监测设备发送的指令，若确定所述指令为数据采集指令，则通过空间光通信向所述转子组件发送数据采集指令；

所述转子组件具体用于，若接收到数据采集指令，从各传感器获取检测信号。

10.一种旋转部件的参数监测方法，其特征在于，包括：

转子组件接收各传感器感知的检测信号，对所述检测信号进行信号处理获得第一处理结果，并通过空间光通信发送给定子组件；

定子组件对所述第一处理结果进行编码处理，获得第二处理结果，并发送给监测设备；

监测设备基于所述第二处理结果获得待测旋转部件的参数并进行可视化处理。

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