CN113759147A - 谐振式加速度传感器监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开的谐振式加速度传感器监测系统，包括谐振式传感器、信号中转装置、控制系统，其中谐振式加速度传感器固定在运动装置上，控制系统接收经过处理的反馈信号，并根据谐振式传感器的实时谐振频率计算得到运动装置的加速度。上述方案构成简单，能够有效的监测运动装置的实时加速度，准确率高。

Description

谐振式加速度传感器监测系统

技术领域

本发明涉及加速度传感领域，具体而言，尤其是基于SAW的谐振式加速度传感器监测系统。

背景技术

随着工业自动化水平以及物联网发展需求的不断提高，对各种机械设备的工作状态进行实时监测并基于监测数据进行设备状态分析具有重大意义。其中，根据加速度数据进行振动分析是其中一项重要的内容。目前，加速度的监测多采用有线的加速度传感器。但是，有线的加速度传感器并不适用于一些特定的场合，如旋转部件、狭小空间、目标部件质量小等。

发明人认为，要对运动装置实现加速的监测，一般有以下两种形式：

(1)直接测量旋转部件：将传感器和相应的配套电路以有线方式连接并全部安装在旋转部件上，再通过无线传输实现供能和信号通信。该方案对整体电路的尺寸、性能、信号传输稳定性和可靠性提出了较高的要求，提高了设备设计制造的难度，增加了安装及后期的维护的工作量。

(2)将传感器件安装在与目标部件相连接的静态部件上，通过测量静态部件的相关参数实现对关键目标部件的故障特征识别。该监测方案受限于传感器的位置，对于运动部件出现的故障很难进行准确的识别。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供谐振式加速度传感器监测系统，谐振式加速度传感器监测系统，所述加速度监测系统包括谐振式加速度传感器、信号发送装置、信号收集装置、控制系统，所述谐振式传感器固定设置于运动装置上，所述信号发送装置、信号收集装置分别用于发送激励信号、接收回馈信号，其特征在于：所述信号收集装置将回馈信号发送至所述控制系统，所述控制系统根据该回馈信号得出所述运动部件的加速度；所述谐振式加速度传感器产生声表面波的基体材料为压电材料，其杨氏模量小于5Gpa。

本申请提供的谐振式加速度传感器监测系统，具有非接触、抗干扰，安装简单，且准确率与稳定性好的特点。

本申请的有益效果将在以下具体实施方式中详细说明。

附图说明

图1是本申请的谐振式加速度传感器监测系统的逻辑框图；

图2是图1中谐振式加速度传感器的结构示意图；

附图标记：谐振式加速度传感器10、信号中转装置20、控制系统30

天线21、滤波转换单元22、承载基座101、叉指换能器102、反射栅103、质量块104、基板105。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，而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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

本申请提供的谐振式加速度传感器监测系统，包括谐振式加速度传感器 10、信号中转装置20、控制系统30，谐振式加速度传感器10固定设置于运动部件上，其特征在于：信号中转装置20将回馈信号发送至控制系统30，控制系统30根据该回馈信号得出运动部件的加速度；谐振式加速度传感器 10产生声表面波的基体材料为压电材料，其杨氏模量为1Gpa-5 Gpa。

进一步地，压电材料为有机材料和无机材料的混合物，其中有机材料作为介电层基底，无机材料作为介电常数温敏填料。

进一步地，有机材料包括硅氧烷、聚烯烃、聚氨酯、硅橡胶中的至少一种。

进一步地，无机材料包括压电陶瓷、金属氧化物、半导体单质中的至少一种。

进一步地，谐振式加速度传感器10选用SAW谐振传感器。

进一步地，信号中转装置20包括天线21、滤波转换单元22，天线21 用于发射信号和接收反馈信号，滤波转换单元22用于将接收到的反馈信号进行滤波、数模转换，进而发送至控制系统30。

进一步地，还包括承载基座101，承载基座101一端固定设置于运动部件上。

进一步地，谐振式加速度传感器10包括叉指换能器102、反射栅103、质量块104，叉指换能器102、反射栅103、质量块104通过基板105与承载基座101固定。

进一步地，SAW谐振传感器呈环状设置。

本申请还提供一种智能运载装置，包括上述谐振式加速度传感器监测系统。

本申请提供基于SAW的谐振式加速度传感器监测系统，该基于SAW 谐振的加速度监测系统能够较为容易地对运动部件的加速度状况进行监测，且该监测系统安装简单、成本低，检测结果较为准确。

图1所示为本申请提供的谐振式加速度传感器监测系统的系统框图。如图1所示，本发明提供的谐振式加速度传感器监测系统应用于运动装置，谐振式加速度传感器10的谐振频率随运动装置的加速度变化而变化，具体可包括机床、火车或其他类型运载装置，所述加速度监测系统包括谐振式加速度传感器10、信号中转装置20、控制系统30，谐振式加速度传感器10 固定设置于运动部件上，信号中转装置20用于发送激励信号、接收回馈信号，回馈信号通过滤波处理、数模转换后，经过MCU的控制后以无线传输的形式发送至控制系统30。为了提高信号传输的稳定性，信号中转装置20固定在固定部件上，而谐振式加速度传感器10设置于运动部件上，能够产生与加速度相关的频率信号，信号中转装置20接收相关频率信号后向控制系统30 进行反馈，控制系统30根据相关反馈信号能够得出谐振式加速度传感器10 的谐振频率，从而得到运动装置的加速度。

信号中转装置20将回馈信号发送至控制系统30，控制系统30根据该回馈信号得出运动部件的加速度；

谐振式加速度传感器10产生声表面波的基体材料为压电材料，其杨氏模量为1Gpa-5 Gpa。

进一步地，压电材料为有机材料和无机材料的混合物，其中有机材料作为介电层基底，无机材料作为介电常数温敏填料，其中有机材料包括硅氧烷、聚烯烃、聚氨酯、硅橡胶中的至少一种；无机材料包括压电陶瓷、金属氧化物、半导体单质中的至少一种，且金属氧化物优选为尖晶石，半导体单质优选为金刚石。

进一步地，谐振式加速度传感器10选用SAW谐振传感器。基于SAW 谐振传感器会通过压电效应和逆压电效应产生具有一定频率的电磁信号，信号中转装置20接收含有频率信息的回馈信号，控制系统30通过对接收到的含有频率信息的检测信号进行分析，能够得到SAW谐振传感器的谐振频率，继而得出运动装置的加速度。该加速度传感器结构简单、成本低、且检测结果较为准确。

进一步地，信号中转装置20包括天线21、滤波转换单元22，天线21 用于发射信号和接收反馈信号，滤波转换单元22用于将接收到的反馈信号进行滤波、数模转换，进而发送至控制系统30。天线21用于向谐振式加速度传感器10发射激励信号，以及接收基于SAW谐振的无线无源加速度传感器 10反馈的含有频率信息的回馈信号，滤波转换单元22用于对接收到的回馈信号进行滤波调理及数模转换，将数模转换后的信号发送至控制系统30，控制系统30接收到的含有频率信息的回馈信号判断出传感器实时的谐振频率，以得出运动装置的加速度。

进一步地，还包括承载基座101，承载基座101一端固定设置于运动部件上。

进一步地，谐振式加速度传感器10包括叉指换能器102、反射栅103、质量块104，叉指换能器102、反射栅103、质量块104通过基板105与承载基座101固定。

进一步地，SAW谐振传感器呈环状设置。根据运动部件形状的不同，可以将信号中转装置的天线21也设置为环形，同时传感器中自带的收发天线也可以设置为环形。

图2所示为图1中SAW谐振加速度传感器10的结构示意图。承载底座 101设置于运动部件上，基板105的一端固定于支撑底座101上，另一端悬空设置，质量块104设置于基板105远离承载底座101的一端上，叉指换能器102及反射栅103设置于基板105上。

当设置在运动部件上的SAW谐振传感器上被施加有加速度时，质量块 104会在加速度的作用下带动基板105产生形变，基板105的形变弯曲会造成电磁谐振频率的变化，即，通过对谐振频率的感知，就能够实现对加速度的监测。

综上，本申请提供的谐振式加速度传感器监测系统，可以在运动部件上仅设置谐振式加速度传感器10，即可得知运动装置的加速度，安装容易、成本低、且检测结果较为准确、稳定性良好。

以上所述仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.谐振式加速度传感器监测系统，所述加速度监测系统包括谐振式加速度传感器、信号中转装置、控制系统，所述谐振式加速度传感器固定设置于运动部件上，其特征在于：所述信号中转装置将回馈信号发送至所述控制系统，所述控制系统根据该回馈信号得出所述运动部件的加速度；所述谐振式加速度传感器产生声表面波的基体材料为压电材料，其杨氏模量为1Gpa-5Gpa。

2.如权利要求1所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述压电材料为有机材料和无机材料的混合物，其中有机材料作为介电层基底，无机材料作为介电常数温敏填料。

3.如权利要求2所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述有机材料包括硅氧烷、聚烯烃、聚氨酯、硅橡胶中的至少一种。

4.如权利要求2所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述无机材料包括压电陶瓷、金属氧化物、半导体单质中的至少一种。

5.如权利要求1所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述谐振式加速度传感器选用SAW谐振传感器。

6.如权利要求1所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述信号中转装置包括天线、滤波转换单元，所述天线用于发射信号和接收反馈信号，所述滤波转换单元用于将接收到的反馈信号进行滤波、数模转换，进而发送至所述控制系统。

7.如权利要求1所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：还包括承载基座，所述承载基座一端固定设置于所述运动部件上。

8.如权利要求1所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述谐振式加速度传感器包括叉指换能器、反射栅、质量块，所述叉指换能器、反射栅、质量块通过基板与所述承载基座固定。

9.如权利要求5所述的谐振式加速度传感器监测系统，其特征在于：所述SAW谐振传感器呈环状设置。

10.一种智能运载装置，其特征在于：包括如权利要求1至权利要求9所述的谐振式加速度传感器监测系统。

Images