CN202209986U - 设备状态监测和故障诊断传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种设备状态监测和故障诊断传感装置，即振动加速度传感器信号端与数字总线接口双向连接，信号处理控制模块分别与数字总线接口、存储器、无线发射模块和电源管理模块双向连接，电源模块输出端连接所述电源管理模块输入端，电源管理模块分别提供数字总线接口、信号处理控制模块、无线发射模块和振动加速度传感器电源，无线发射模块输出端连接发射天线，发射天线无线传输信号至无线网关。本装置可实现设备振动信号的快速便捷采集，避免大量信号电缆敷设的工作量和传感器信号容易被干扰等问题，降低构建设备状态监测和故障诊断系统的成本，提高了设备状态监测和故障诊断的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种设备状态监测和故障诊断传感装置。
背景技术
设备状态监测和故障诊断大多采用各类振动传感器实施，通过传感器检测设备的振动信号用于设备的状态监测和故障诊断。振动传感器根据所测信号种类和原理的不同主要分为三类，即振动加速度传感器、振动速度传感器和振动位移传感器。如压电晶体式振动加速度传感器由于灵敏度高、体积小、频率范围宽等特点得到了广泛应用，但该传感器加工复杂，制造成本相对较高，输出信号容易受到干扰。
振动加速度传感器拾取的信号普遍采用信号电缆线接入信号采集装置的传输方式，虽然这种传输方式较为稳定可靠，但也存在线缆布线施工安装繁琐、扩展性较差、成本较高的问题，尤其针对移动设备其安装较为困难，影响了部分重要设备状态监测和故障诊断的应用。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种设备状态监测和故障诊断传感装置，利用本装置可实现设备振动信号的快速便捷采集，避免大量信号电缆敷设的工作量和传感器信号容易被干扰等问题，降低构建设备状态监测和故障诊断系统的成本，提高了设备状态监测和故障诊断的效果。
为解决上述技术问题，本实用新型设备状态监测和故障诊断传感装置包括振动加速度传感器、数字总线接口、信号处理控制模块、存储器、无线发射模块、发射天线、电源模块、电源管理模块和无线网关，所述振动加速度传感器信号端与所述数字总线接口双向连接，所述信号处理控制模块分别与所述数字总线接口、存储器、无线发射模块和电源管理模块双向连接，所述电源模块输出端连接所述电源管理模块输入端，所述电源管理模块分别提供所述数字总线接口、信号处理控制模块、无线发射模块和振动加速度传感器电源，所述无线发射模块输出端连接所述发射天线，所述发射天线无线传输信号至所述无线网关。
进一步，上述振动加速度传感器采用基于微电子和微机械加工的振动加速度传感器，即MEMS振动加速度传感器。
进一步，本装置还包括传感壳体和保护壳体，所述振动加速度传感器设于所述传感壳体内，所述数字总线接口、信号处理控制模块、存储器、无线发射模块、电源模块和电源管理模块设于所述保护壳体内，所述发射天线设于所述保护壳体外。
进一步，本装置还包括温度传感器和非遗失性存储器，所述温度传感器信号输出端连接所述数字总线接口输入端，所述非遗失性存储器与所述数字总线接口双向连接。同时所述温度传感器和非遗失性存储器设于所述传感壳体内。
由于本实用新型设备状态监测和故障诊断传感装置采用了上述技术方案，即振动加速度传感器信号端与数字总线接口双向连接，信号处理控制模块分别与数字总线接口、存储器、无线发射模块和电源管理模块双向连接，电源模块输出端连接所述电源管理模块输入端，电源管理模块分别提供数字总线接口、信号处理控制模块、无线发射模块和振动加速度传感器电源，无线发射模块输出端连接发射天线，发射天线无线传输信号至无线网关。本装置可实现设备振动信号的快速便捷采集，避免大量信号电缆敷设的工作量和传感器信号容易被干扰等问题，降低构建设备状态监测和故障诊断系统的成本，提高了设备状态监测和故障诊断的效果。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为本实用新型设备状态监测和故障诊断传感装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型设备状态监测和故障诊断传感装置包括振动加速度传感器1、数字总线接口4、信号处理控制模块6、存储器5、无线发射模块7、发射天线8、电源模块11、电源管理模块12和无线网关9，所述振动加速度传感器1信号端与所述数字总线接口4双向连接，所述信号处理控制模块6分别与所述数字总线接口4、存储器5、无线发射模块7和电源管理模块12双向连接，所述电源模块11输出端连接所述电源管理模块12输入端，所述电源管理模块12分别提供所述数字总线接口4、信号处理控制模块6、无线发射模块7和振动加速度传感器1电源，所述无线发射模块7输出端连接所述发射天线8，所述发射天线8无线传输信号至所述无线网关9。
进一步，上述振动加速度传感器1采用基于微电子和微机械加工的振动加速度传感器，即MEMS振动加速度传感器。
进一步，本装置还包括传感壳体14和保护壳体10，所述振动加速度传感器1设于所述传感壳体14内，所述数字总线接口4、信号处理控制模块6、存储器5、无线发射模块7、电源模块11和电源管理模块12设于所述保护壳体10内，所述发射天线8设于所述保护壳体10外，所述传感壳体14位于被测设备15表面。
进一步，本装置还包括温度传感器3和非遗失性存储器2，所述温度传感器3信号输出端连接所述数字总线接口4输入端，所述非遗失性存储器2与所述数字总线接口4双向连接。同时所述温度传感器3和非遗失性存储器2设于所述传感壳体14内。
在设备状态监测和故障诊断过程中，将振动加速度传感器设置于设备相应位置检测振动信号，并经电缆传输至数字总线接口，数字总线接口用于接收振动加速度传感器检测的振动信号并将信号数据进行格式转换，其信号输出端与信号处理控制模块的输入端相连。信号处理控制模块的核心为微处理器，主要承担两个功能，一是和电源管理模块配合，完成对各模块电路的供电管理，按照设定的规则只在需要工作的时候才向振动加速度传感器、信号处理控制模块、无线发射模块和数字总线接口进行供电，电池根据电源管理模块的指令向具体部件提供电源，电源管理模块平时均关闭供电，使本装置处于休眠状态，从而达到降低耗电量，增加电池寿命的目的；二是和存储器配合完成对从数字总线接口传来的数字化振动加速度值处理和储存，转换成振动速度目标参数，处理过程是在存储器内缓冲确定时间长度的加速度值，对此数据进行滤波,再对数据进行补偿，最后对数据进行积分运算转换成速度目标值。信号处理控制模块的信号输出端连接无线发射模块的输入端，无线发射模块具有完整独立的无线信号通讯功能，内部集成完善的无线协议栈软硬件，承担经处理的数据的发送和接收。无线发射模块通过发射天线以无线通讯方式向处于有效通讯距离范围内的无线网关发送信号数据，由无线网关接受后传送到数据管理系统，实现设备的状态监测和故障诊断。
为进一步保证采集数据的准确性，本装置还采用了非易失性存储器和温度传感器，包括振动加速度传感器、温度传感器和非易失性存储器安装在传感壳体内形成传感单元。传感单元内部，振动加速度传感器的温度校正曲线被保存于非易失性存储器内，测试过程中，由温度传感器检测到当前传感单元的温度后，根据所存储的温度校正曲线对振动加速度传感器的检测信号进行补偿，以保证检测信号的精度。
随着微电子和微机械加工技术的发展，MEMS振动加速度传感器以其体积小、质量轻、功耗低、成本低、可靠性高的优势应用范围越来越广。目前基于MEMS振动加速度传感器已经大量应用于汽车、物流、信息硬件（手机、磁盘等）、机器人等设备的运行状态监测。经过技术改进，MEMS振动加速度传感器已克服了以往存在的频响范围窄的特点，信号检测范围符合振动测量国际标准ISO2372的10Hz～1000Hz的要求，传感器具备直接输出数字信号能力，抗干扰性高，适用于设备状态监测领域。由此本装置的振动加速度传感器采用MEMS振动加速度传感器，进一步提高了本装置的检测性能，MEMS振动加速度传感器的信号输出采用数字总线信号输出方式，其采集处理10Hz～1000Hz的振动信号，在传感器芯片内集成有模拟/数字转换电路和数字总线通讯电路，可以直接将振动加速度值转换成数字量，经由数字总线输出，以此降低能耗、提高抗干扰能力。同时目前无线通信技术发展迅速，在工业现场的应用也越加广泛，本装置采用无线信号传输可实现快速安装、毋需铺设电缆和配置即可实现物理移位，降低线缆安装成本，避免复杂环境中的连线，为设备状态监测和故障诊断提供了一种更为简捷的信号传输方式。
本装置可在生产现场方便快速进行部署，尤其可在移动或线缆安装不便的环境中实现设备振动信号采集，并便捷地将信号传输至数据管理系统，既扩大了振动监测保护设备的覆盖范围，同时也降低了构建监测系统的成本。
Claims (5)
1.一种设备状态监测和故障诊断传感装置，其特征在于：本装置包括振动加速度传感器、数字总线接口、信号处理控制模块、存储器、无线发射模块、发射天线、电源模块、电源管理模块和无线网关，所述振动加速度传感器信号端与所述数字总线接口双向连接，所述信号处理控制模块分别与所述数字总线接口、存储器、无线发射模块和电源管理模块双向连接，所述电源模块输出端连接所述电源管理模块输入端，所述电源管理模块分别提供所述数字总线接口、信号处理控制模块、无线发射模块和振动加速度传感器电源，所述无线发射模块输出端连接所述发射天线，所述发射天线无线传输信号至所述无线网关。
2.根据权利要求1所述的设备状态监测和故障诊断传感装置，其特征在于：所述振动加速度传感器是基于微电子和微机械加工的振动加速度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的设备状态监测和故障诊断传感装置，其特征在于：本装置还包括传感壳体和保护壳体，所述振动加速度传感器设于所述传感壳体内，所述数字总线接口、信号处理控制模块、存储器、无线发射模块、电源模块和电源管理模块设于所述保护壳体内，所述发射天线设于所述保护壳体外。
4.根据权利要求1或2所述的设备状态监测和故障诊断传感装置，其特征在于：本装置还包括温度传感器和非遗失性存储器，所述温度传感器信号输出端连接所述数字总线接口输入端，所述非遗失性存储器与所述数字总线接口双向连接。
5.根据权利要求3所述的设备状态监测和故障诊断传感装置，其特征在于：本装置还包括温度传感器和非遗失性存储器，所述温度传感器设于所述传感壳体内并信号输出端连接所述数字总线接口输入端，所述非遗失性存储器设于所述传感壳体内并与所述数字总线接口双向连接。
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