CN116558623B - 一种基于电容测量震动程度的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电容测量震动程度的系统，包括：检测设备震动程度机构、处理器和存储有计算机程序的存储器，所述检测设备震动程度机构包括：检测单元、震动单元和弹性物质，所述检测单元是长方体，长方体的三个面带正电，所述震动单元是正方体，带负电，当处理器执行计算机程序时，执行检测设备震动程度方法，所述方法包括：采集在预设时间段内的电容值列表，基于距离公式，获取第一加速度列表和第一合力加速度列表，并获取第一合力加速度差值，当第一合力加速度差值大于预设震动阈值时，发出警告提示，以便用户进行检查更换。

Description

一种基于电容测量震动程度的系统

技术领域

本发明涉及震动测量领域，特别是涉及一种基于电容测量震动程度的系统。

背景技术

在工业生产及工程应用中，往往需要检测机器震动情况，如高铁检验时需要检测高铁的颠簸程度、震动情况、检测机器人包括扫地机器人等的震动情况，设备在长时间使用后，皮带会老损、电机齿轮也会磨损很多，此时需要及时更换皮带或齿轮，若设备的固定部分损坏，可能会导致电动机震动更大，并且加速老化，因此，需要在机器老化时，进行提醒以便进行及时更换。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于电容测量震动程度的系统，所述系统包括：检测设备震动程度机构、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述检测设备震动程度机构包括：检测单元、震动单元和弹性物质，所述检测设备震动程度机构固定在待检测设备中；

所述检测单元为长方体，长方体的以一个顶点连接的三个面带正电并分别被标记为第一正极板B₁、第二正极板B₂和第三正极板B₃，其中，B₁、B₂、B₃包含有相同顶点且均和处理器通信连接；

位于所述检测单元中央的所述震动单元为正方体，带负电，所述震动单元的六个面分别和所述检测单元的六个面平行；

所述震动单元和所述检测单元之间填充有弹性物质，且所述弹性物质不导电；

当处理器执行计算机程序时，执行检测设备震动程度方法，所述方法包括：

S100，采集B_i在预设时间段内的电容值列表C_i＝{C_i，1，C_i，2，…，C_i，j，…，C_i，n}且基于C_i获取移动距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}，C_i，j是在所述预设时间段内的第j个采样时刻采集到的B_i的电容值，D_i，j是B_i在所述预设时间段内从第j-1个采样时刻的位置到第j个采样时刻的位置的移动距离，i的取值范围是1到3，j的取值范围是1到n，n是所述预设时间段内的采样时刻数量；

S200，基于距离公式D_i，j＝a_i，j×t²/2，获取B_i对应的第一加速度列表a_i＝{a_i，1，a_i，2，…，a_i，j，…，a_i，n}，a_i，j是D_i，j对应的加速度，t为预设采样间隔；

S300，获取第一合力加速度列表SA＝{SA₁，SA₂，…，SA_j，…，SA_n}，其中，SA_j＝((a_1，j)²+(a_2，j)²+(a_3，j)²)^1/2；

S400，获取第一合力加速度差值DA＝SA_n-SA₁，且，当DA＞预设震动阈值时，发出警告提示。

本发明至少具有以下有益效果：

基于此，本发明实施例提供了一种基于电容测量震动程度的系统，所述检测单元是由六个长方形的面围成的长方体，且任一顶点相交的三个面带正电，所述震动单元是由六个正方形的面围成的正方体，带负电，采集B_i的电容值列表，并基于电容值列表获取距离列表，基于距离列表，获取第一加速度列表和第一合力加速度列表，从而获取第一合力加速度差值，当第一合力加速度差值大于预设震动阈值时，发出警告提示，本发明使用加速度的差值表征震动程度，当第一合力加速度差值大于预设震动阈值时，认为震动程度已经超过正常范围，此时发出警告提示，以便用户进行检查更换，降低了因为老旧发生事故的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种基于电容测量震动程度的系统执行计算机程序时的流程图。

具体实施方式

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。

本发明实施例提供一种基于电容测量震动程度的系统，所述系统包括：检测设备震动程度机构、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述检测设备震动程度机构包括：检测单元、震动单元和弹性物质，所述检测设备震动程度机构固定在待检测设备中。

所述检测单元为长方体，长方体的以一个顶点连接的三个面带正电并分别被标记为第一正极板B₁、第二正极板B₂和第三正极板B₃，其中，B₁、B₂、B₃包含有相同顶点且均和处理器通信连接。

具体的，通过所述第一正极板、第二正极板和第三正极板，实现通过获取每一正极板产生的电容以获取震动单元移动距离的目的。

在本发明另一实施例中，所述检测单元为正方体。

位于所述检测单元中央的所述震动单元为正方体，带负电，所述震动单元的六个面分别和所述检测单元的六个面平行。

所述震动单元和所述检测单元之间填充有弹性物质。在本申请中，所述弹性物质不导电，使得所述检测单元和震动单元之间的电荷不会发生中和，进而在所述检测单元和所述震动单元之间形成一个电容。且本领域技术人员可知，所述弹性物质可以是现有技术中的任一种弹性物质，只要能够满足不导电且能够支撑所述震动单元即可。

具体的，所述震动单元的和第一正极板、第二正极板和第三正极板相对应的三个面作为电容传感器的另一极板，通过电场能的变化，获取震动单元相对于检测单元的距离变化。

当处理器执行计算机程序时，执行检测设备震动程度方法，如图1所示，所述方法包括：

S100，采集B_i在预设时间段内的电容值列表C_i＝{C_i，1，C_i，2，…，C_i，j，…，C_i，n}且基于C_i获取移动距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}，C_i，j是在所述预设时间段内的第j个采样时刻采集到的B_i的电容值，D_i，j是B_i在所述预设时间段内从第j-1个采样时刻的位置到第j个采样时刻的位置的移动距离，i的取值范围是1到3，j的取值范围是1到n，n是所述预设时间段内的采样时刻数量。

具体的，在本申请中，通过按照预设采样频率进行采样以得到所述预设时间段内的不同采样时刻。且所述预设采样频率可根据实际需要设置，从而兼顾数据存储量和数据检测的精准性问题。预设采样间隔t根据所述预设采样频率得到。

S200，基于距离公式D_i，j＝a_i，j×t²/2，获取B_i对应的第一加速度列表a_i＝{a_i，1，a_i，2，…，a_i，j，…，a_i，n}，a_i，j是D_i，j对应的加速度，t为预设采样间隔。

具体的，可以理解为，所述第一加速度列表a_i表示震动单元在第i正极板的方向上的速度产生的加速度，即a₁表示震动单元在第一正极板的方向上的速度产生的加速度，a₂表示震动单元在第二正极板的方向上的速度产生的加速度，a₃表示震动单元在第三正极板的方向上的速度产生的加速度。

S300，获取第一合力加速度列表SA＝{SA₁，SA₂，…，SA_j，…，SA_n}，其中，SA_j＝((a_1，j)²+(a_2，j)²+(a_3，j)²)^1/2。

具体的，基于S200获取第一正极板、第二正极板和第三正极板方向上的加速度，将三个方向上的加速度进行平方和，进行平方和后再开根号，从而获取一个总的加速度，作为第一合力加速度。

S400，获取第一合力加速度差值DA＝SA_n-SA₁，且，当DA＞预设震动阈值时，发出警告提示。

具体的，DA＝(SA₂-SA₁)+(SA₃-SA₂)+……+(SA_j-SA_j-1)+……+(SA_n-SA_n-1)＝SA_n-SA₁，通过获取两次的加速度的差值用于表征震动程度，通过两次加速度的差值和用于表征n个预设采集间隔的时间段内的震动程度。

具体的，在本发明一个实施例中，所述处理器包括容传感芯片和MCU，电容检测芯片获取产生的目标电容值，并将目标电容值转变为数字信号，将数字信号传输给MCU，基于数字信息MCU计算出加速度参数。

基于此，本发明实施例提供了一种基于电容测量震动程度的系统，所述检测单元是由六个长方形的面围成的长方体，且任一顶点相交的三个面带正电，所述震动单元是正方体，带负电，采集B_i的电容值列表，并基于电容值列表获取距离列表，基于距离列表，获取第一加速度列表和第一合力加速度列表，从而获取第一合力加速度差值，当第一合力加速度差值大于预设震动阈值时，发出警告提示，本发明使用加速度的差值表征震动程度，当第一合力加速度差值大于预设震动阈值时，认为震动程度已经超过正常范围，此时发出警告提示，以便用户进行检查更换，降低了因为老旧发生事故的可能性。

具体的，S100中，通过如下步骤获取距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}：

S1001，基于电容决定式C_i，j＝εS/(4πkE_i，j)，获取电容C_i，j对应的E_i，j，从而获取相对距离列表E_i＝{E_i，1，E_i，2，…，E_i，j，…，E_i，n}，，E_i，j是在第j个采样时刻B_i与震动单元中和B_i相平行的对应面间的距离，其中，ε是相对静电常数，S是所述震动单元的单个面的面积，k是静电力常量。

S1002，基于D_i，j＝E_i，j-E_i，j-1，从而获取移动距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}，其中，当j＝1时，D_i，1＝E_i，1-0。

具体的，通过电容决定式，获取正极板和震动单元的相对距离，通过相邻两次相对距离的差值作为预设采集间隔内的移动距离，再通过距离公式，可以得到预设采集间隔内的加速度。

进一步的，S200还包括：

S201，基于D_i，j获取PA_i，j，从而获取第三加速度列表PA_i＝{PA_i，1，PA_i，2，…，PA_i，j，…，PA_i，n}，其中，当D_i，j＞0时，D_i，j＝V₀×t+PA_i，j×t²/2；当D_i，j≤0时，D_i，j＝a_i，j×t²/2。

具体的，当D_ij＞0，认为检测单元在第j个预设采集间隔做一个方向上的运动，因此，在第j个预设采集间隔内获取的移动距离的初始速度并不为0，因此人为设置V₀，以增加获取第j个预设采集间隔内的加速度的准确率。

具体的，所述预设初始速度可根据实际情况确定。

具体的，当D_i，j≤0时，认为检测单元在第j个预设采集间隔做了一个反向的运动，因此，认为此时的初始速度为0，进行计算第二加速度。

在S201还包括：S202，获取第三合力加速度列表SPA＝{SPA₁，SPA₂，…，SPA_j，…，SPA_n}，其中，SPA_j＝((PA_1，j)²+(PA_2，j)²+(PA_3，j)²)^1/2。

S203，获取第三合力加速度差值DP_A＝SPA_n-SPA₁，且，当DP_A＞预设震动阈值时，发出警告提示。

基于此，当D_i，j大于0时，基于预设初始速度计算第二加速度，当D_i，j不大于0时，以初始速度为0进行计算第二加速度，从而获取第二加速度列表，通过移动方向确定预设初始速度，从而确定加速度，更加准确的获取第二合力加速度，从而更加准确的判断设备是否出现故障。

进一步的，当处理器执行计算机程序时，还用于实现如下步骤：

S001，通过检测设备震动程度方法，获取第k个预设时间段内的第一合力加速度列表HA_k＝{HA_k，1，HA_k，2，…，HA_k，j，…，HA_k，n}。

具体的，预设时间段可根据实际需求设置，进一步的，所述预设时间段内采集的电容值的数量根据实际需求设置，例如，当预设时间段为1分钟时，n＝1000。

S002，通过检测设备震动程度方法，获取第k+1个预设时间段内的第一合力加速度列表HA_k+1＝{HA_k+1，1，HA_k+1，2，…，HA_k+1，j，…，HA_k+1，n}。

S003，获取第二合力加速度列表FA_k＝{FA_k,1,FA_k,2，…，FA_kj,，…，FA_k,n-1}，其中，当j＝1，2，……，n-1，FA_k,j＝HA_k+1，j-HA_k，j+1；当j＝n，FA_k,n＝HA_k+1，n-HA_k+1，1；。

S004，若FA_kj＞预设震动阈值，发出警告提示。

基于此，获取第k个预设时间段内的加速度列表，获取第k+1个预设时间段内的加速度列表，基于第k个预设时间段和第k+1预设时间段内的加速度列表获取合力加速度列表，从而获取更多的合力加速度，当任一合力加速度大于预设震动阈值时，发出警告提示，通过第k个预设时间段和第k+1个预设时间段内的加速度列表，更加准确的判断设备是否发生故障。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，所述系统包括：检测设备震动程度机构、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述检测设备震动程度机构包括：检测单元、震动单元和弹性物质，所述检测设备震动程度机构固定在待检测设备中；

所述检测单元为长方体，长方体的以一个顶点连接的三个面带正电并分别被标记为第一正极板B₁、第二正极板B₂和第三正极板B₃，其中，B₁、B₂、B₃包含有相同顶点且均和处理器通信连接；

位于所述检测单元中央的所述震动单元为正方体，带负电，所述震动单元的六个面分别和所述检测单元的六个面平行；

所述震动单元和所述检测单元之间填充有弹性物质，且所述弹性物质不导电；

当处理器执行计算机程序时，执行检测设备震动程度方法，所述方法包括：

S100，采集B_i在预设时间段内的电容值列表C_i＝{C_i，1，C_i，2，…，C_i，j，…，C_i，n}且基于C_i获取移动距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}，C_i，j是在所述预设时间段内的第j个采样时刻采集到的B_i的电容值，D_i，j是B_i在所述预设时间段内从第j-1个采样时刻的位置到第j个采样时刻的位置的移动距离，i的取值范围是1到3，j的取值范围是1到n，n是所述预设时间段内的采样时刻数量；

S200，基于距离公式D_i，j＝a_i，j×t²/2，获取B_i对应的第一加速度列表a_i＝{a_i，1，a_i，2，…，a_i，j，…，a_i，n}，a_i，j是D_i，j对应的加速度，t为预设采样间隔；

S300，获取第一合力加速度列表SA＝{SA₁，SA₂，…，SA_j，…，SA_n}，其中，SA_j＝((a_1，j)²+(a_2，j)²+(a_3，j)²)^1/2；

S400，获取第一合力加速度差值DA＝SA_n-SA₁，且，当DA＞预设震动阈值时，发出警告提示；

其中，S100中，通过如下步骤获取距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，n}：

S1001，基于电容决定式C_i，j＝εS/(4πkE_i，j)，获取电容C_i，j对应的E_i，j，从而获取相对距离列表E_i＝{E_i，1，E_i，2，…，E_i，j，…，E_i，n}，E_i，j是在第j个采样时刻B_i与震动单元中和B_i相平行的对应面间的距离，其中，ε是相对静电常数，S是所述震动单元的单个面的面积，k是静电力常量；

S1002，基于D_i，j＝E_i，j-E_i，j-1，从而获取移动距离列表D_i＝{D_i，1，D_i，2，…，D_i，j，…，D_i，

_n}，其中，当j＝1时，D_i，1＝E_i，1-0。

2.根据权利要求1所述的基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，当处理器执行计算机程序时，还用于实现如下步骤：

S001，通过检测设备震动程度方法，获取第k个预设时间段内的第一合力加速度列表HA_k＝{HA_k，1，HA_k，2，…，HA_k，j，…，HA_k，n}；

S002，通过检测设备震动程度方法，获取第k+1个预设时间段内的第一合力加速度列表HA_k+1＝{HA_k+1，1，HA_k+1，2，…，HA_k+1，j，…，HA_k+1，n}；

S003，获取第二合力加速度列表FA_k＝{FA_k,1,FA_k,2，…，FA_k,j，…，FA_k,n-1}，其中，当j＝1，2，……，n-1，FA_k,j＝HA_k+1，j-HA_k，j+1；当j＝n，FA_k,n＝HA_k+1，n-HA_k+1，1；

S004，若FA_kj＞预设震动阈值，发出警告提示。

3.根据权利要求1所述的基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，当预设时间段为1分钟时，n＝1000。

4.根据权利要求1所述的基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，所述检测单元为正方体。

5.根据权利要求1所述的基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，S200还包括：

S201，基于D_i，j获取PA_i，j，从而获取第三加速度列表PA_i＝{PA_i，1，PA_i，2，…，PA_i，j，…，PA_i，n}，其中，当D_i，j＞0时，D_i，j＝V₀×t+PA_i，j×t²/2；当D_i，j≤0时，D_i，j＝a_i，j×t²/2，V₀是预设初始速度。

6.根据权利要求5所述的基于电容测量震动程度的系统，其特征在于，在S201之后还包括：

S202，获取第三合力加速度列表SPA＝{SPA₁，SPA₂，…，SPA_j，…，SPA_n}，其中，SPA_j＝((PA_1，j)²+(PA_2，j)²+(PA_3，j)²)^1/2；

S203，获取第三合力加速度差值DP_A＝SPA_n-SPA₁，且，当DP_A＞预设震动阈值时，发出警告提示。