CN114034484A - 转动设备状态监测分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转动设备状态监测分析装置，包括：嵌入式中央处理单元；主轴信号采集器，其采用IEPE电路，用于采集转动设备主轴方向上的信号数据；辅轴信号采集器，其采用MEMS芯片，用于采集转动设备两个辅轴方向上的信号数据；噪音信号采集器，其与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述噪音信号采集器的噪音数据并进行计算分析。本发明中转动设备状态监测分析装置包含的主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器，结合IEPE电路和MEMS芯片二者的优点，同时采集噪音信号，支持三轴振动、温度和噪音信号的监测，更加精准的传达转动设备的运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域。更具体地说，本发明涉及一种转动设备状态监测分析装置。
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。另外，对于转动设备，需要同时采集垂直、水平、轴向三个方向上的信号数据，定位安装工作复杂而繁琐，严重降低工作效率。
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转动设备状态监测分析装置，其能够同时采集转动设备三轴的多重数据，使用户更加直观的了解设备的运行状态。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种转动设备状态监测分析装置，包括：
嵌入式中央处理单元；
主轴信号采集器，其采用IEPE电路，用于采集转动设备主轴方向上的信号数据，所述主轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述主轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
辅轴信号采集器，其采用MEMS芯片，用于采集转动设备两个辅轴方向上的信号数据，所述辅轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述辅轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
噪音信号采集器，其与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述噪音信号采集器的噪音数据并进行计算分析。
优选的是，所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据包括振动速度、振动加速度、振动位移、峭度、包络值和工作温度等振动及温度参数。
优选的是，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用于将所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据、以及噪音信号采集器采集的噪音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，还包括通信单元和供电单元，所述通信单元与所述嵌入式中央处理单元连接用于通信传输，所述供电单元分别与所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接用于供电。
优选的是，所述通信单元的传输方式为无线传输。
优选的是，所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器和噪音信号采集器的硬件组合集成在一个封装组件内，形成一体式智能化传感器。
优选的是，所述一体式智能化传感器通过支架安装在转动设备的轴承座上，其中，所述支架包括：
底座，其由两个半环形的安装件组成，任一安装件包括叠加在一起的半环形第一连接件和固定件组成，所述固定件的两端均设置有连接耳，两个固定件的连接耳通过螺栓连接，所述固定件上开设有多个安装槽，所述一体式智能化传感器可拆卸固定在安装槽内；
定位组件，其由两个定位环组成，任一定位环包括依次叠加的半环形第二连接件和凸棱，所述凸棱上沿径向开设有通孔，所述凸棱远离第二连接件的一半环形端面上设置有多个开口与所述通孔连通，所述开口的侧壁沿周向设置有齿条，所述通孔内设置有多个扇叶，多个扇叶旋转合拢可形成完整的圆环结构，每个扇叶的顶角处设置有正棱柱形的转轴，所述转轴的一端与所述扇叶的表面固定连接，所述转轴的中部固定套设有齿轮，所述齿轮与齿条相啮合；
其中，多个扇叶在所述凸棱的通孔内绕转轴转动，所述固定件、第一连接件、第二连接件、凸棱和扣件依次同轴设置，所述第一连接件与第二连接件，所述固定件可拆卸安装在转动设备的轴承座上。
优选的是，所述定位组件还包括两个半环形的扣件，每个扣件的一半环形端面设置有容纳所述凸棱的凹槽，所述凹槽内设置有孔洞，所述孔洞的内壁设置有转动轴承，所述转动轴承的内圈为正棱柱形，所述扣件扣接在所述凸棱的外周，使所述转动轴承的内圈匹配套接在所述转轴的另一端的外周。
优选的是，所述固定件与转动设备的轴承座的连接方式为磁座安装或胶粘安装。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明能够同时监测转动设备垂直、水平、轴向三个方向的信号数据，并输出三轴的速度、加速度、位移、峭度、包络、振动波形、温度、噪音等多重数据，使用户更加直观的了解转动设备的运行状态，提前预知设备隐患；
第二、本发明能够将采集来的信号直接进行边缘计算，减少数据延迟，扩充系统容量；
第三、本发明设置有支架用于将一体式智能化传感器安装在转动设备的轴承座上，其中底座用于固定传感器，定位组件用于进行精准定位，方便快捷，能够有效提高工作效率。
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为本发明的一种技术方案的模块结构示意图；
图2为本发明的一种技术方案中底座的结构示意图；
图3为本发明的一种技术方案中定位组件的结构示意图；
图4为本发明的一种技术方案中定位组件展开时的结构示意图；
图5为图4中A处的放大图；
图6为本发明的一种技术方案中扣件的结构示意图。
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”术语并不排除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。
在其中一种技术方案中，如图1所示，本发明提供了一种转动设备状态监测分析装置，包括：
嵌入式中央处理单元；
主轴信号采集器，其采用IEPE电路，用于采集转动设备主轴方向上的信号数据，所述主轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述主轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
辅轴信号采集器，其采用MEMS芯片，用于采集转动设备两个辅轴方向上的信号数据，所述辅轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述辅轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
噪音信号采集器，其与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述噪音信号采集器的噪音数据并进行计算分析。
本技术方案中，通过所述主轴信号采集器、辅轴信号采集器和噪音信号采集器监测设备的振动、温度及噪音等信息，并由嵌入式中央处理单元进行运算分析，使系统自动生成总貌图、曲线表、数据一览表等，一次构建成一套低成本、低功耗、覆盖范围广、传输稳定的转动设备状态监测分析系统。其中主轴信号采集器、辅轴信号采集器和噪音信号采集器是其重要组成部分，具备三轴振动监测、温度监测和噪音监测功能，嵌入式中央处理单元设置高性能低能耗的ARM处理器，同时采集垂直、水平、轴向三个方向的信号数据，输出三轴的速度、加速度、位移、峭度、包络、振动波形、温度、噪音等，多重数据采集，使用户更加直观的了解设备运行状态，提前预知设备隐患。嵌入式中央处理单元将采集来的信号直接进行边缘计算，再上传至系统，减少数据延迟，扩充系统容量。
在另一种技术方案中，所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据包括振动速度、振动加速度、振动位移、峭度、包络值和工作温度等振动及温度参数。本技术方案中，采用主轴信号采集器和辅轴信号采集器，可同时监测转动设备的振动、温度等参数，使用户更加直观的了解设备的运行状态，提前预知设备隐患。
在另一种技术方案中，如图1所示，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用于将所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据、以及噪音信号采集器采集的噪音数据转换成数字数据，并传送至所述嵌入式中央处理单元。
在另一种技术方案中，如图1所示，还包括通信单元和供电单元，所述通信单元与所述嵌入式中央处理单元连接用于通信传输，所述供电单元分别与所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接用于供电。本技术方案中通过通信单元将设备系统自动生成的总貌图、曲线表、数据一览表等直观的显示在服务器上，使用户能够多角度更直观的了解设备运行情况。所述供电单元用于为所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器和辅轴信号采集器、噪音信号采集器提供电力。
在另一种技术方案中，所述通信单元的传输方式为无线传输。本技术方案中，无线传输包括但不限于LORA、WIFI、ZIGBEE，其中LORA传输方式，可实现低功耗远距离传输，成本低、部署快；WIFI传输方式，可实现近距离大数据传输，其预留5V电源接口，可实时监测；ZIGBEE传输方式，可实现低功耗自组网，可上传波形。
在另一种技术方案中，所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器和噪音信号采集器的硬件组合集成在一个封装组件内，形成一体式智能化传感器。其为基于无线传输技术的智能化振动、温度、噪声一体式采集装置。
在另一种技术方案中，如图2～6所示，所述一体式智能化传感器通过支架安装在转动设备的轴承座上，其中，所述支架包括：
底座100，其由两个半环形的安装件组成，任一安装件包括叠加在一起的半环形第一连接件101和固定件102组成，所述固定件102的两端均设置有连接耳103，两个固定件102的连接耳103通过螺栓连接，所述固定件102上开设有多个安装槽104，所述一体式智能化传感器可拆卸固定在安装槽104内；
定位组件200，其由两个定位环组成，任一定位环包括依次叠加的半环形第二连接件201和凸棱202，所述凸棱202上沿径向开设有通孔，所述凸棱202远离第二连接件201的一半环形端面上设置有多个开口203与所述通孔连通，所述开口203的侧壁沿周向设置有齿条204，所述通孔内设置有多个扇叶205，所述扇叶205的顶角处设置有正棱柱形的转轴210，所述转轴210的一端与所述扇叶205的表面固定连接，所述转轴210的中部固定套设有齿轮206，所述齿轮与齿条204相啮合，多个扇叶205合拢可形成完整的圆环结构；
其中，多个扇叶205在所述凸棱202的通孔内绕转轴210转动，所述固定件102、第一连接件101、第二连接件201、凸棱202和扣件依次同轴设置，所述第一连接件101与第二连接件201连接，所述固定件102可拆卸安装在转动设备的轴承座上。
上述技术方案中，所述支架包括可拆卸连接的底座100和定位组件200，所述底座100包括两个第一连接件101和两个固定件102组成，所述第一连接件101和固定件102均为半环形结构，两个第一连接件101分别与两个固定件102固定叠加在一起，所述固定件102的两端部设置有用于固定连接的连接耳103，两个固定件102对接并通过螺栓穿插入相邻的两个连接耳103上，使两个固定件102连同两个第一连接件101组成环形结构，所述固定件102上设置有多个安装槽104，用于安装所述一体式智能化传感器，所述固定件102远离第一连接件101的端面可拆卸的安装在轴承座上。所述第一连接件101远离固定件102的端面还连接有定位组件200，所述定位组件200包括两个半环形的第二连接件201和两个半环形的凸棱202组成，所述第二定位件的一端面与第一定位件连接，所述凸棱202设置在第二连接件201的另一端面上，所述凸棱202上设置有通孔，通孔的形状也为半环形，凸棱202的端面设置有多个小的开口203与所述通孔连通，所述通孔内设置有多个扇叶205，每个扇叶205的顶角处设置有转轴210，多个转轴210分别由多个开口203处穿出，转轴210的外周固接有齿轮，开口203的侧壁设置有齿条204，齿条204和齿轮相啮合，多个扇叶205同时转动，可合拢形成完整的圆环。所述底座100和定位组件200的各部分同轴设置。
使用时，将多个一体式智能化传感器分别安装入安装槽104内固定，将一个第二连接件201与一个第一连接件101连接，使半个底座100和半个定位组件200连接形成，形成半支架，将两个半支架分别位于转动设备转轴的两侧，多个扇叶205外旋，固定两个固定件102的连接耳103，使两个半支架合二为一，形成套在转动设备转轴外周的支架，将多个扇叶205内旋，扇形形成的内圈紧密的抵接环绕在转动设备转轴外，从而使固定件102准确定位，随后将固定件102的另一端面通过磁座安装或胶粘安装等方式安装在轴承座上，扇叶205外旋，将第二连接件201从第一连接件101上拆除，从而将定位组件200拆除，以便下次重复利用，而所述一体式智能化传感器也准确定位在转动设备转轴的外周，进而进行信息采集工作。本技术方案中，所述固定件102用于固定安装所述一体式智能化传感器，所述定位组件200套设在转动设备转轴的外周，扇叶205合拢，将转动设备转轴准确夹紧，保证底座100与转动设备转轴同轴定位；所述定位组件200可拆卸并重复利用，节约成本；所述一体式智能化传感器预先安装在安装槽104内，定位组件200便于进行精准定位，方便快捷，有效提高了工作效率。
在另一种技术方案中，如图2～6所示，所述定位组件200还包括两个半环形的扣件300，每个扣件300的一半环形端面设置有容纳所述凸棱202的凹槽301，所述凹槽301内设置有孔洞302，所述孔洞302的内壁设置有转动轴承，所述转动轴承的内圈为正棱柱形，所述扣件300扣接在所述凸棱202的外周，使所述转动轴承的内圈匹配套接在所述转轴210的另一端的外周。所述扣件300为两个，每个扣件300为半环形结构，扣件300的端面设置有半环形的凹槽301，所述凹槽301的底部设置有多个孔洞302，孔洞302内设置可转动的转动轴承，转动轴承的中心设置有与转轴210匹配的正棱柱形缺口，所述扣件300匹配扣接在凸棱202外，使转轴210准确插接入转动轴承内。使用时，当底座100和定位组件200套在转动设备转轴外时，将两个扣件300扣在凸棱202外，转轴210插接入转动轴承内，旋转扣件300，可同时驱动说个扇叶205转动，便于定位组件200的快速定位，省时省力。
在另一种技术方案中，如图2～6所示，所述固定件102与转动设备的轴承座的连接方式为磁座安装或胶粘安装。所述固定件102可拆卸的安装在轴承座上，方便安装和拆卸。
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 (9)
1.转动设备状态监测分析装置，其特征在于，包括：
嵌入式中央处理单元；
主轴信号采集器，其采用IEPE电路，用于采集转动设备主轴方向上的信号数据，所述主轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述主轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
辅轴信号采集器，其采用MEMS芯片，用于采集转动设备两个辅轴方向上的信号数据，所述辅轴信号采集器与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述辅轴信号采集器采集的信号数据并进行计算分析；
噪音信号采集器，其与所述嵌入式中央处理单元连接，所述嵌入式中央处理单元接收所述噪音信号采集器的噪音数据并进行计算分析。
2.如权利要求1所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据包括振动速度、振动加速度、振动位移、峭度、包络值和工作温度等振动及温度参数。
3.如权利要求1所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，还包括信号采集转换单元，其一端分别与所述主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接，另一端与所述嵌入式中央处理单元连接，用于将所述主轴信号采集器和辅轴信号采集器采集的信号数据、以及噪音信号采集器采集的噪音数据转换成数字数据，并传送至所述嵌入式中央处理单元。
4.如权利要求3所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，还包括通信单元和供电单元，所述通信单元与所述嵌入式中央处理单元连接用于通信传输，所述供电单元分别与所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器、噪音信号采集器连接用于供电。
5.如权利要求4所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述通信单元的传输方式为无线传输。
6.如权利要求1所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述嵌入式中央处理单元、主轴信号采集器、辅轴信号采集器和噪音信号采集器的硬件组合集成在一个封装组件内，形成一体式智能化传感器。
7.如权利要求6所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述一体式智能化传感器通过支架安装在转动设备的轴承座上，其中，所述支架包括：
底座，其由两个半环形的安装件组成，任一安装件包括叠加在一起的半环形第一连接件和固定件组成，所述固定件的两端均设置有连接耳，两个固定件的连接耳通过螺栓连接，所述固定件上开设有多个安装槽，所述一体式智能化传感器可拆卸固定在安装槽内；
定位组件，其由两个定位环组成，任一定位环包括依次叠加的半环形第二连接件和凸棱，所述凸棱上沿径向开设有通孔，所述凸棱远离第二连接件的一半环形端面上设置有多个开口与所述通孔连通，所述开口的侧壁沿周向设置有齿条，所述通孔内设置有多个扇叶，多个扇叶旋转合拢可形成完整的圆环结构，每个扇叶的顶角处设置有正棱柱形的转轴，所述转轴的一端与所述扇叶的表面固定连接，所述转轴的中部固定套设有齿轮，所述齿轮与齿条相啮合；
其中，多个扇叶在所述凸棱的通孔内绕转轴转动，所述固定件、第一连接件、第二连接件、凸棱和扣件依次同轴设置，所述第一连接件与第二连接件，所述固定件可拆卸安装在转动设备的轴承座上。
8.如权利要求7所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述定位组件还包括两个半环形的扣件，每个扣件的一半环形端面设置有容纳所述凸棱的凹槽，所述凹槽内设置有孔洞，所述孔洞的内壁设置有转动轴承，所述转动轴承的内圈为正棱柱形，所述扣件扣接在所述凸棱的外周，使所述转动轴承的内圈匹配套接在所述转轴的另一端的外周。
9.如权利要求7所述的转动设备状态监测分析装置，其特征在于，所述固定件与转动设备的轴承座的连接方式为磁座安装或胶粘安装。
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