CN117544917B - 一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 - Google Patents
一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117544917B CN117544917B CN202410027876.9A CN202410027876A CN117544917B CN 117544917 B CN117544917 B CN 117544917B CN 202410027876 A CN202410027876 A CN 202410027876A CN 117544917 B CN117544917 B CN 117544917B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- acquisition
- data
- equipment
- control terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 80
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 17
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 17
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 7
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 230000005059 dormancy Effects 0.000 description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000007958 sleep Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004622 sleep time Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
- H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W56/00—Synchronisation arrangements
- H04W56/001—Synchronization between nodes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明提供一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法，涉及测量值传输控制技术领域，包括传感器组件、采集控制组件和无线网关，传感器组件部署于待监测设备处，采集控制组件的服务器端部署于无线网关处，采集控制组件的控制终端部署于传感器组件处，服务器端和控制终端通过无线网关无线连接；服务器端设置传感器组件的多种工作模式，并同步标准时间戳，控制终端根据设置的工作模式以及标准时间戳控制传感器组件同步对待监测设备数据采集，并将多个设备数据通过无线网关发射给服务器端。本发明的振动传感器能够智能化实现多种工作模式下的数据自动采集，大数据量并行传输，分体式结构便于现场安装以及快速更换设备。
Description
技术领域
本发明主要涉及测量值传输控制技术领域，具体涉及一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法。
背景技术
随着现代科技和工业水平的发展，石油钻机也朝着数字化、智能化的方向发展，钻井现场设备为不连续无规律工作模式、故障诊断数据采样点数多，有线传感器采集改造工作繁重、布线复杂，无线传感器连续采集耗电大、数据同步精度不能满足故障诊断要求、串行顺序传输数据带宽低数据易拥堵、周期采集可能无法获得准确有效数据；因此需研发专门应用于现场设备的新型智能振动传感器装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种并行同步分体式无线振动传感器，包括传感器组件、采集控制组件和无线网关；所述传感器组件部署于待监测设备处；所述采集控制组件包括服务器端和控制终端，所述服务器端部署于所述无线网关处，所述控制终端部署于所述传感器组件处，所述服务器端和所述控制终端通过所述无线网关无线连接；
所述服务器端，用于设置所述传感器组件的多种工作模式，并将设置的工作模式信息通过所述无线网关发送给所述控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端，用于根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；
还用于将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种并行同步分体式无线振动传感器的控制方法，利用如上所述的并行同步分体式无线振动传感器实现，包括：
服务器端通过无线网关设置传感器组件的工作模式，并将设置的工作模式信息发送给控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；并将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端。
本发明的有益效果是：将服务器端和控制终端分体并通过无线网关电性连接，服务器端可设置传感器组件的多种工作模式，并同步标准时间戳，由控制终端控制传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，本发明根据石油钻井现场或是其他野外间断非周期运行的大型装备工作特点，研发并行同步分体式无线振动传感器，智能化实现多种工作模式下的数据自动采集，大数据量并行传输，分体式结构便于现场安装以及快速更换设备。
附图说明
图1为本发明实施例提供的探头部件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的采集发射部件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的无线振动传感器装置中各部件的连接示意图；
图4为本发明实施例提供的电源供电示意图；
图5为本发明实施例提供的各节点同步流程图之一；
图6为本发明实施例提供的各节点同步流程图之二；
图7为本发明实施例提供的并行同步分体式无线振动传感器的功能模块框图。
附图中，各标记所代表的部件名称如下：
1、第一上壳体，2、探头电路板，3、第一下壳体，4、天线，5、第二上壳体，6、电池，7、电池座，8、USB接口，9、采集发射电路板，10、侧面壳体，11、第二下壳体。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方法，显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目的方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
如图7所示，本发明实施例提供的并行同步分体式无线振动传感器，包括：传感器组件、采集控制组件和无线网关；
所述传感器组件部署于待监测设备处；所述采集控制组件包括服务器端和控制终端，所述服务器端部署于所述无线网关处，所述控制终端部署于所述传感器组件处，所述服务器端和所述控制终端通过所述无线网关无线连接；
所述服务器端，用于设置所述传感器组件的多种工作模式，并将设置的工作模式信息通过所述无线网关发送给所述控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端，用于根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；
还用于将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端。
具体地，服务器端可以部署于现场的工业无线路由器或无线网关处，也可以部署于现场具备无线网络功能的计算机或是服务器。
服务器端主要实现传感器的在线设置、工作模式选择、同步采集基准时间确定与发布、传感器工作状态及采集数据的在线监控、现场局域网内数据收集入数据库、数据库数据远程传输；终端主要实现根据服务器的指令完成相关的数据采集工作，并通过WiFi模块实现与服务器端的信号、数据交互，同时该软件系统可以接入数据平台或是其他软件模块，实现数据、功能的共享。
具体地，数据传输可采用无线WiFi的方式传输，各个传感器配置不同的网络IP，用以识别各个传感器；工作信道中心频率范围是2412～2484 MHz，在2.4GHz频带支持20MHz和40MHz频宽，支持高速数据的收发，同时可以保证传输的距离。
本发明实施例中，控制终端是的核心控制单元，采用低功耗处理器。电源电路可以通过IO管脚关闭电池的输出电源，如图3所示，可在控制终端休眠时关闭加速度传感器和温度传感器的电源，可以节省休眠时的功耗。
本发明实施例中，主要应用于石油钻井现场或是其他野外间断非周期运行的大型作业装备的振动数据采集，其可实现自动识别设备的启停工作状态，在设备开始正常稳定运行时，设备上的传感器进行同步触发采集，并根据设备运行状态的判别结果自动设置触发采集后周期采集频次或连续采集时间；振动数据通过WiFi模块进行数据的局域网并行传输，为井场诊断数据智能化信息采集奠定装备基础。
本发明实施例中，将服务器端和控制终端分体并通过无线网关电性连接，服务器端可设置传感器组件的多种工作模式，并同步标准时间戳，由控制终端控制传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，本发明根据石油钻井现场或是其他野外间断非周期运行的大型装备工作特点，研发并行同步分体式无线振动传感器，能够智能化实现多种工作模式下的数据自动采集，大数据量并行传输，分体式结构便于现场安装以及快速更换设备。
可选地，所述传感器组件包括探头部件和采集发射部件；
所述探头部件包括第一外壳和探头电路板2，所述探头电路板2包括用于对待监测设备进行数据采集的第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器集成在同一块采集信号电路板上，所述温度传感器为独立电路板，并安装在所述第一外壳内部的底部，所述采集信号电路板安装在所述第一外壳内部且位于所述温度传感器的上方；
所述采集发射部件包括第二外壳、天线4和采集发射电路板9、电池座7和电池6，所述采集发射电路板9安装在所述第二外壳的底部，所述电池座7安装在所述采集发射电路板9的上方，所述电池6安装在所述电池座7上，所述天线4安装在所述第二外壳的顶部；
所述控制终端集成在所述采集发射电路板9上，所述控制终端分别与所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器电连接，并接收所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器发送的设备数据。
如图3所示，可选地，所述采集发射部件还包括WiFi模块、天线和电源电路；所述第二外壳的顶部设有天线孔，所述天线安装在所述天线孔处，并与所述WiFi模块无线连接；
所述WIFI模块和所述电源电路集成在所述采集发射电路板9上；
所述控制终端通过所述WiFi模块和所述天线与服务器端电连接；
所述电源电路与所述电池电连接，所述电源电路用于监测所述电池的运行状态，得到电池运行数据，将所述电池运行数据发送至所述控制终端中。
具体地，所述采集发射部件还包括USB接口8，所述USB接口8集成在所述采集发射电路板9上，所述USB接口8用于将所述控制终端中的数据进行输出，所述数据包括设备数据和电池运行数据。
应理解地，WiFi模块集成在所述采集发射电路板上，采集发射电路板采用电池+LDO的方式为无线振动传感器装置供电，防止DC/DC等开关电源对系统的干扰，降低噪声，提高数据采集精度。电源电路板（即电源电路）可实现电池电量在线监测，电源电路板的电池接口处，并联超级电容，用来保证电池电压的恒定，防止无线数据传输的瞬间带来的电池压降，从而导致AD数据采集出现噪声或数据错误；同时可以通过关闭电源芯片，达到切断模拟电路供电的目的，实现休眠时的低功耗操作；电池采用即插即换的安装方式，可不拆卸传感器快速更换电池。
电源电路是降低系统噪声的核心关键电路。电磁兼容性方面，无线采集器采用电池供电，与其它电器系统之间电气隔离，可以有效防止外部工频干扰通过电源线接入无线振动传感器装置。
探头部件与采集发射部件为分体结构，探头部件与采集发射部件之间的传输线可采用双层屏蔽线缆来传输信号，线缆两端的屏蔽层接壳处理，线缆外部采用不锈钢套管做进一步的防护，可以有效地进一步防止外部干扰信号进入系统。采集发射电路板9供电方面，采用电池+LDO的方式供电，防止DC/DC等开关电源对系统的干扰，降低噪声，提高数据采集精度。电源电路的电池接口处，并联超级电容C1，用来保证电池电压的恒定，无线数据传输的瞬间带来的电池压降，避免AD数据采集出现噪声或数据错误。
可选地，所述单一工作模式包括触发采集工作模式；
所述控制终端，用于根据触发采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行同步的数据采集。
应理解地，控制终端通过无线网关对传感器触发采集振动数据阈值、采样点数进行设置并初始化，启动触发采集工作模式，当待监测设备开始工作时第二加速度传感器监测到振动数据信号，各传感器通过控制终端定期向无线网关发送振动数据采集信息及标记自身的当前时间戳，服务器端对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据均大于所设置的数据采集阈值的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息（即标准时间戳），控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准自身的本地时间与同步采集时间、更新本地的定时器，以此来实现节点之间的同步数据采集，完成本次数据触发采集。
如图4所示，各节点（即各传感器）进入休眠状态后，关闭温度传感器、第一加速度传感器、WiFi模块的供电，同时关闭部分外设，触发模式下第二加速度传感器供电保留，配置成超低功耗唤醒模式，功耗仅为270nA，当到达触发阈值产生触发唤醒中断或到达休眠时间T，节点会唤醒，并重新开启温度传感器、三轴加速度传感器、WiFi模块的供电，打开休眠前关闭的外设。休眠期间功耗低于5uA，待机功耗100mA，采集状态功耗120-150mA。以ER34615为例，电池容量19000mAh，如果每次休眠1分钟，唤醒3s，无网关唤醒或振动触发的情况下，休眠状态可维持约158天，采集状态下，可连续工作126个小时左右。电池采用即插即换的安装方式，可不拆卸传感器快速更换。
应理解地，触发采集工作模式为当设备开始工作时第二加速度传感器检测到振动数据信号，传感器定期向无线网关发送振动数据采集信息及标记自身的当前时间戳，无线网关的采集软件系统对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据均切实有效、满足系统启动条件的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并向传感器发布广播消息（标准时间戳），控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准传感器的本地时间与同步采集时间、更新本地的定时器，以此来实现节点（即各传感器）之间的同步数据采集。
可选地，所述单一工作模式还包括周期采集工作模式；
所述控制终端，用于根据周期采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的各个传感器；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集。
应理解地，服务器端通过无线网关对传感器间断采集周期、采样点数进行设置并初始化，启动数据周期采集工作模式，各传感器通过控制终端连续向无线网关发送数据采集信息及标记自身的当前时间戳，服务器端对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据切实有效的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息，控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准传感器的本地时间并更新本地的定时器，保证节点之间的同步数据采集，并按照设置的采集周期间断的完成预设采样点数的周期数据采集。
可选地，所述单一工作模式还包括连续采集工作模式；
所述控制终端，用于根据连续采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的各个传感器；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于根据连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
应理解地，服务器端通过无线网关对传感器进行初始化设置，启动连续采集工作模式，各传感器通过控制终端连续向无线网关发送数据采集信息及标记自身的当前时间戳，无线网关的采集软件系统对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息，控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准传感器的本地时间并更新本地的定时器，保证节点之间的同步数据采集，并按照设置的进行数据的连续同步采集。
可选地，所述组合工作模式包括触发采集及周期采集组合模式；
所述控制终端，用于根据触发采集及周期采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集。
应理解地，服务器端通过无线网关对传感器触发采集振动数据阈值、采样点数、采样周期进行设置并初始化，启动触发采集及周期采集组合模式，当第二加速度传感器检测到振动数据信号，各传感器通过控制终端定期向无线网关发送振动数据采集信息及标记自身的当前时间戳，服务器端对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据均切满足系统启动条件的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息，控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准传感器的本地时间与同步采集时间、更新本地的定时器，以此来实现节点之间的同步数据采集，开始数据触发首次采集，并根据设置的采样周期、周期采样点数定期进行数据的采集。
可选地，所述组合工作模式包括触发采集及连续采集组合模式；
所述控制终端，用于根据触发采集及连续采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
应理解地，服务器端通过本地无线网关对传感器触发采集振动数据阈值进行设置并初始化，启动触发采集及连续采集组合模式，当第二加速度传感器检测到振动数据信号，各传感器通过控制终端定期向无线网关发送振动数据采集信息及标记自身的当前时间戳，服务器端对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据均切满足系统启动条件的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息，控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准自身的本地时间与同步采集时间、更新本地的定时器，以此来实现节点之间的同步数据采集，开始数据触发首次采集，并进行数据的连续采集。
可选地，所述组合工作模式包括周期采集及连续采集组合模式；
所述控制终端，用于根据周期采集及连续采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集，当采集到的设备数据的数量大于警戒阈值时，停止周期采集模式，并切换为连续采集模式，根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
应理解地，服务器端通过无线网关对传感器间断采集周期、采样点数及警戒阈值进行设置并初始化，启动数据周期采集及连续采集组合模式，各传感器通过控制终端连续向无线网关发送数据采集信息及标记自身的当前时间戳，服务器端对传感器组的振动数据、时间戳进行对比分析，在保证各传感器振动数据切实有效的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过无线网关向控制终端发布广播消息，控制终端控制各传感器根据标准时间戳来各自校准传感器的本地时间并更新本地的定时器，保证节点之间的同步数据采集，并按照设置的采集周期进行周期数据采集。当采集的数据超过系统警戒阈值，则直接切换为连续采集模式。
下面通过一个具体实例说明选择触发采集及周期采集组合模式，传感器组对待监测设备的数据采集过程：
如图5-图6所示，控制终端根据触发采集及连续采集组合模式，启动并初始化传感器组件的第二加速度传感器；
当绞车（即待监测设备）开始工作时，对待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对待监测设备进行数据采集；服务器端（作为一个节点）对传感器组（每个传感器作为一个节点）的振动数据、时间戳与软件内置的各项基本参数进行对比分析（即将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值），在保证各传感器（即第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器）振动数据均切实有效、满足系统启动条件的情况下，确定同步采集的标准时间戳，并通过控制终端在传感器整秒时会给所有传感器发送工作模式及时间同步指令，同步指令中包含网关的整秒时间值，传感器（即已经连接的节点）在接收到同步指令后，会重启本地0.1ms计时器，并将同步指令中接收到网关秒值更新至本地秒值，这样，每个传感器每1秒钟同步一次本地标志，就能保证各个传感器的本地秒值和网关秒值保持一致。采集过程中，传感器由本地0.1ms计时器控制采样间隔，例如200hz采样率，0.1ms计时器每经过5ms就采集一次数据，同时每次到达整秒时，传感器会在发送数据中加入整秒标志位以及本地秒值，后续在解析数据时就可以依据本地秒值来寻找各个传感器同一时刻采集到的数据，这样就能确保各个传感器之间的数据同步性。
周期采集、连续采集工作模式同步采集工作原理与触发采集一致，开始采集条件为设置的开始采集时间，经过自动校核后开始相应模式的采集工作，不再赘述。
如图1-图2所示，可选地，所述探头部件的第一外壳包括第一上壳体1和第一下壳体3，所述第一下壳体3为顶部设有开口的箱体结构，所述第一上壳体1可拆卸连接在所述第一下壳体3的顶部；
所述采集发射部件的第二外壳包括第二上壳体5、第二下壳体11和侧面壳体10，所述侧面壳体10的顶部和底部均设有开口，所述第二上壳体5可拆卸连接在所述侧面壳体10的顶部，所述第二下壳体11可拆卸连接在所述侧面壳体10的底部，形成矩形箱体结构。
本发明实施例中，第一上壳体1和第一下壳体3为不锈钢结构，具有较好的耐蚀性和耐热性。第一上壳体1和第一下壳体3之间采用激光焊接方式，具有深度大、变形小的优点。
第二上壳体5、第二下壳体11和侧面壳体9主要是铝合金结构，第二下壳体5底部有四个安装螺纹孔，用于和待监测设备或待监测设备的磁力座连接：当安装与铁磁性物体表面时，可以直接使用磁力座安装；安装在其它材料上时，可以采用螺纹安装。
可选地，所述第一加速度传感器为模拟接口的MEMS加速度传感器，所述模拟接口的MEMS加速度传感器中内置可振动触发式的分体式无线振动传感器的核心敏感芯体；
所述第二加速度传感器为SPI数字接口的传感器，所述SPI数字接口的传感器中内置可振动触发式的数字化敏感芯体；
所述温度传感器为PT100传感器。
具体地，第一下壳体3底部有M2的安装螺纹孔，用于固定探头部分。探头电路板与第一下壳体3之间通过M2的螺钉刚性连接，探头部分将温湿度传感器和采集信号电路板分体；温度传感器独立成板，安装时紧贴下壳体底部，可以更加有效的传递温度信号。采集信号电路板上安装有第一和第二加速度传感器（属于三轴传感器），通过线缆与采集发射部分相连接，且加速度传感器安装在两个螺钉之间，可进一步减少加速度信号的失真。
具体地，第一加速度传感器实现精密振动采集功能，第二加速度传感器实现振动触发功能，温度传感器实现温度采集功能。第一加速度传感器为模拟接口的高精度电容式加速度传感器，是无线振动传感器装置的核心敏感芯体。第二加速度传感器为数字接口的传感器，是一种可振动触发式的数字化敏感芯体，当有振动来临时触发控制终端工作，其余时间处于休眠状态，以达到降低功耗的目的。两个振动传感器相结合，实现既可以实现事件触发，又可以实现高精度振动数据采集。
本发明实施例还提供一种并行同步分体式无线振动传感器的控制方法，利用上述技术方案的并行同步分体式无线振动传感器实现，包括：
服务器端通过无线网关设置传感器组件的多种工作模式，并将设置的工作模式信息发送给控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；并将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端。
本发明实施例中，根据石油钻井现场或是其他野外间断非周期运行的大型装备工作特点，研发并行同步分体式无线振动传感器，智能化实现多种工作模式下的数据自动采集，大数据量并行传输，分体式结构便于现场安装以及快速更换设备。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，包括传感器组件、采集控制组件和无线网关；所述传感器组件部署于待监测设备处；所述采集控制组件包括服务器端和控制终端，所述服务器端部署于所述无线网关处，所述控制终端部署于所述传感器组件处，所述服务器端和所述控制终端通过所述无线网关无线连接；
所述服务器端，用于设置所述传感器组件的多种工作模式，并将设置的工作模式信息通过所述无线网关发送给所述控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端，用于根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；
还用于将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端；
所述传感器组件包括探头部件；所述探头部件包括第一外壳和探头电路板（2），所述探头电路板（2）包括用于对待监测设备进行数据采集的第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器集成在同一块采集信号电路板上，所述温度传感器为独立电路板，并安装在所述第一外壳内部的底部，所述采集信号电路板安装在所述第一外壳内部且位于所述温度传感器的上方；
所述单一工作模式包括触发采集工作模式；
所述控制终端，用于根据触发采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行同步的数据采集。
2.根据权利要求1所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述传感器组件还包括采集发射部件；
所述采集发射部件包括第二外壳、天线（4）和采集发射电路板（9）、电池座（7）和电池（6），所述采集发射电路板（9）安装在所述第二外壳的底部，所述电池座（7）安装在所述采集发射电路板（9）的上方，所述电池（6）安装在所述电池座（7）上，所述天线（4）安装在所述第二外壳的顶部；
所述控制终端集成在所述采集发射电路板（9）上，所述控制终端分别与所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器电连接，并接收所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器发送的设备数据。
3.根据权利要求1或2所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述单一工作模式还包括周期采集工作模式；
所述控制终端，用于根据周期采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的各个传感器；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集。
4.根据权利要求1或2所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述单一工作模式还包括连续采集工作模式；
所述控制终端，用于根据连续采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的各个传感器；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
5.根据权利要求1所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述组合工作模式包括触发采集及周期采集组合模式；
所述控制终端，用于根据触发采集及周期采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集。
6.根据权利要求1所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述组合工作模式包括触发采集及连续采集组合模式；
所述控制终端，用于根据触发采集及连续采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器，用于对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
7.根据权利要求1或2所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述组合工作模式包括周期采集及连续采集组合模式；
所述控制终端，用于根据周期采集及连续采集组合模式，启动并初始化所述传感器组件；
所述传感器组件的各个传感器，分别用于连续对所述待监测设备进行数据采集，并通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳连续发送给所述服务器端；
所述服务器端，用于将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端，用于根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，根据所述标准时间戳控制各个传感器按照预设采样点数对所述待监测设备进行同步的周期数据采集，当采集到的设备数据的数量大于警戒阈值时，停止周期采集模式，并切换为连续采集模式，根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行连续同步数据采集。
8.根据权利要求2所述的并行同步分体式无线振动传感器，其特征在于，所述探头部件的第一外壳包括第一上壳体（1）和第一下壳体（3），所述第一下壳体（3）为顶部设有开口的箱体结构，所述第一上壳体（1）可拆卸连接在所述第一下壳体（3）的顶部；
所述采集发射部件的第二外壳包括第二上壳体（5）、第二下壳体（11）和侧面壳体（10），所述侧面壳体（10）的顶部和底部均设有开口，所述第二上壳体（5）可拆卸连接在所述侧面壳体（10）的顶部，所述第二下壳体（11）可拆卸连接在所述侧面壳体（10）的底部，形成矩形箱体结构。
9.一种并行同步分体式无线振动传感器的控制方法，利用权利要求1至8任一项所述的并行同步分体式无线振动传感器实现，其特征在于，包括：
服务器端通过无线网关设置传感器组件的多种工作模式，并将设置的工作模式信息发送给控制终端，并同步标准时间戳，所述工作模式包括单一工作模式和组合工作模式；
所述控制终端根据设置的单一工作模式或组合工作模式以及所述标准时间戳控制所述传感器组件并行同步对待监测设备数据采集，得到多个设备数据；并将多个设备数据通过所述无线网关发射给所述服务器端；
所述单一工作模式包括触发采集工作模式；
所述控制终端根据触发采集工作模式，启动并初始化所述传感器组件的第二加速度传感器；
所述第二加速度传感器对所述待监测设备进行振动监测，当监测到振动时，得到振动数据信号，并触发第一加速度传感器和温度传感器对所述待监测设备进行数据采集；所述第一加速度传感器、第二加速度传感器和温度传感器通过所述控制终端将采集到的设备数据以及自身的当前时间戳发送给所述服务器端；
所述服务器端将各个所述设备数据与预设数据采集阈值进行比对，若均大于所述预设数据采集阈值，确定同步采集的标准时间戳，并将所述标准时间戳发送给所述控制终端；
所述控制终端根据所述标准时间戳更新各个传感器的本地定时器，并根据所述标准时间戳控制各个传感器对所述待监测设备进行同步的数据采集。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410027876.9A CN117544917B (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410027876.9A CN117544917B (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117544917A CN117544917A (zh) | 2024-02-09 |
| CN117544917B true CN117544917B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=89786533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410027876.9A Active CN117544917B (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117544917B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101778405A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 武汉理工大学 | 结构健康监测的无线传感器网络同步采集方法及系统 |
| CN108768576A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-06 | 广东星舆科技有限公司 | 一种获取传感器高精度时间同步数据的方法及装置 |
| CN111983948A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-11-24 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | 多传感器数据同步方法及其设备 |
| WO2022069899A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | 5G3I Ltd | A sensing system |
| CN115038161A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-09 | 苏州德姆斯信息技术有限公司 | 一种振动数据无线同步采集方法、系统及振动监测系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011149974A1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-12-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High sensitivity environmental senor board and methods for structural health monitoring |
-
2024
- 2024-01-09 CN CN202410027876.9A patent/CN117544917B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101778405A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 武汉理工大学 | 结构健康监测的无线传感器网络同步采集方法及系统 |
| CN108768576A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-06 | 广东星舆科技有限公司 | 一种获取传感器高精度时间同步数据的方法及装置 |
| CN111983948A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-11-24 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | 多传感器数据同步方法及其设备 |
| WO2022069899A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | 5G3I Ltd | A sensing system |
| CN115038161A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-09 | 苏州德姆斯信息技术有限公司 | 一种振动数据无线同步采集方法、系统及振动监测系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 戴亚文 等.结构健康监测无线传感网络同步采集研究.无线电工程.2010,40(9),第1节. * |
| 结构健康监测无线传感网络同步采集研究;戴亚文 等;无线电工程;20100905;40(9);第1节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117544917A (zh) | 2024-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9970842B2 (en) | High sensitivity environmental sensor network and network services for structural health monitoring | |
| AU2009357245B2 (en) | Wireless sensor device and method for wirelessly communicating a sensed physical parameter | |
| CN101842993A (zh) | 无线通信装置和方法 | |
| CN103576057B (zh) | 绝缘在线监测系统和方法 | |
| JP2004272506A (ja) | センサデータ伝送システム及びその観測局装置 | |
| US20240107279A1 (en) | Ultra-low power wireless sensor network which can be selectively connected to various sensors | |
| CN107313052A (zh) | 一种管道阴极电位同步检测系统及检测方法 | |
| CN117544917B (zh) | 一种并行同步分体式无线振动传感器及其控制方法 | |
| CN205590801U (zh) | 一种管道阴极电位同步检测系统 | |
| CN113063522A (zh) | 一种适合在水下工作无线网关 | |
| CN211293168U (zh) | 基于物联网云平台的发电机运行监测系统 | |
| CN202710176U (zh) | 输电线路微风振动检测装置 | |
| CN110867067A (zh) | 一种可用于环境监控及设备使用情况监控的控制主机 | |
| CN115497255B (zh) | 一种地质灾害监测及预警系统 | |
| US20230221383A1 (en) | Method for The Networked Monitoring of At Least One Transformer | |
| CN104165683A (zh) | 一种电力电容器振动在线监测装置 | |
| CN112291733B (zh) | 基于蓝牙与nbiot双无线技术的智能云振动监测系统及方法 | |
| CN212363303U (zh) | 一种无线远传多路监测系统 | |
| CN106385198A (zh) | 一种s形压电悬臂梁自供能的无线测温装置 | |
| CN209639855U (zh) | 基于无线无源测温测振系统 | |
| CN210427755U (zh) | 电池电量的采集系统 | |
| CN112185087A (zh) | 一种低功耗的串口物联网装置和土木工程自动化监测系统 | |
| CN215448049U (zh) | 铁路室外环境监测设备 | |
| CN219265485U (zh) | 一种基于wifi通讯的振动传感器 | |
| Jacobsen et al. | Data acquisition systems for operational modal analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |