CN204162022U - 一种胶辊运行状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种胶辊运行状态监测装置，包括：上位机、无线接收模块、无线发射模块、单片机、贴片温度传感器和压力传感器；压力传感器设于胶辊的外覆胶层的表面或内部；贴片温度传感器设于胶辊的外覆胶层的内部；单片机和无线发射模块均设于胶辊的辊颈上；单片机通过压力传感器采集胶辊的外覆胶层的运行压力数据，并通过贴片温度传感器采集胶辊的外覆胶层的运行温度数据，再将外覆胶层的运行压力数据和运行温度数据通过无线发射模块发送给无线接收模块；无线接收模块接收外覆胶层的运行压力数据和运行温度数据，并发送给上位机。本实用新型实施例能够对工业胶辊的运行状态进行监测，不仅提高了工业胶辊固定安装的准确性，而且提升了工业胶辊的加工质量。

Description

一种胶辊运行状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及压力和温度监测技术领域，尤其涉及一种胶辊运行状态监测装置。

背景技术

如图1至图8所示，胶辊一般是由金属芯1、辊颈2和外覆胶层3组成；其中，外覆胶层3通常是由硬质胶层和外层胶构成。工业上所使用的工业胶辊在造纸、印染、印刷、粮食加工、冶金、塑料加工等领域中都得到了广泛应用。

以造纸工艺中对纸面进行压光处理的工业胶辊为例，在正常工作时，工业胶辊是不停转动并且与挡板或其他工业胶辊相互挤压的，这会使工业胶辊的外覆胶层3的表面温度不断升高，如果外覆胶层3的表面温度无法得到有效控制，那么工业胶辊的外覆胶层3的表面会逐渐老化，甚至会导致胶层脱落。同时，正常工作中的胶辊表面的压力分布是比较均匀的，但由于胶辊都是通过两端进行固定安装的，因此当胶辊较长时，胶辊表面极易出现受力不均的状况，这可能造成胶辊表面局部受力过大，甚至会造成胶辊表面的橡胶层发生破损。由此可见，工业胶辊在运行过程中的表面温度和所受压力都会对胶辊的自身品质产生重要影响，因此一旦两者出现异常，那么所生产出的纸张的质量会大幅下降。在现有技术中，没有对工业胶辊运行过程中的表面温度和所受压力进行监测的装置，这给工业胶辊的使用带来很大不便。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本实用新型提供了一种胶辊运行状态监测装置，用于对工业胶辊的运行压力和运行温度等运行状态进行监测。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种胶辊运行状态监测装置，包括：上位机、无线接收模块、无线发射模块、单片机、贴片温度传感器和压力传感器；

压力传感器设于胶辊的外覆胶层的表面或内部，并且与单片机电连接；贴片温度传感器设于胶辊的外覆胶层的内部，并且也与单片机电连接；单片机和无线发射模块均设于胶辊的辊颈上，并且单片机与无线发射模块电连接；无线发射模块与无线接收模块通过无线电波进行数据传输；无线接收模块与上位机电连接；

单片机通过压力传感器采集胶辊的外覆胶层的运行压力数据，并通过贴片温度传感器采集胶辊的外覆胶层的运行温度数据，再将外覆胶层的运行压力数据和运行温度数据通过无线发射模块发送给无线接收模块；无线接收模块接收外覆胶层的运行压力数据和运行温度数据，并发送给上位机。

优选地，贴片温度传感器为三个；这三个贴片温度传感器处于同于圆周上，并且沿胶辊的周向平均分布。优选地，贴片温度传感器与胶辊的外覆胶层的表面之间的距离不小于3mm，并且不大于20mm。

优选地，压力传感器为一组或多组；每组压力传感器包括一个用于测量胶辊径向所受压力的薄膜压电传感器和一个用于测量胶辊周向所受压力的压阻应变片；胶辊的外覆胶层的表面或内部设有至少一个压力测量点，而每个压力测量点设置一组压力传感器。

优选地，当压力传感器设于胶辊的外覆胶层的内部时，压力传感器距离外覆胶层的表面不大于15mm。优选地，胶辊的辊颈上设有导电环；压力传感器和贴片温度传感器通过导电环与单片机电连接。优选地，单片机的外部设有金属防爆壳；单片机通过该金属防爆壳固定在胶辊的辊颈上。

优选地，无线发射模块与无线接收模块是基于IEEE802.15.4的通信电路。优选地，无线接收模块与上位机通过PCI接口、PCI-E接口、USB接口或RS232串口连接。优选地，单片机采用本安型STM32单片机；无线发射模块采用基于nRF2401射频收发芯片的无线发射电路；无线接收模块采用基于nRF2401射频收发芯片的无线接收电路。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例所提供的胶辊运行状态监测装置通过薄膜压电传感器获取胶辊径向所受压力值，通过压阻应变片获取胶辊周向所受压力值，通过贴片温度传感器12获取胶辊运行温度值，这些压力数据和温度数据经单片机13的处理后，通过无线发射模块14发送给无线接收模块15；无线接收模块15接收这些压力数据并解析出胶辊径向所受压力的数据、胶辊周向所受压力的数据以及胶辊的运行温度数据，再发送给上位机16，以供监测、分析、记录、存储。由此可见，本实用新型实施例所提供的胶辊运行状态监测装置不仅结构简单、测量精度高、安全可靠、防爆防腐蚀，而且能够对工业胶辊的运行压力和运行温度等运行状态进行监测，从而可以提高工业胶辊固定安装的准确性，以及工业胶辊所加工出产品的产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本实用新型实施例提供的胶辊运行状态监测装置的结构示意图一。

图2为本实用新型实施例提供的胶辊运行状态监测装置的结构示意图二。

图3为本实用新型实施例提供的图1所示胶辊运行状态监测装置的截面结构示意。

图4为本实用新型实施例提供的图2所示胶辊运行状态监测装置的截面结构示意。

图5为本实用新型实施例提供的胶辊运行状态监测装置的结构示意图三。

图6为本实用新型实施例提供的胶辊运行状态监测装置的结构示意图四。

图7为本实用新型实施例提供的图5所示胶辊运行状态监测装置的截面结构示意。

图8为本实用新型实施例提供的图6所示胶辊运行状态监测装置的截面结构示意。

图9为本实用新型实施例提供的胶辊运行状态监测装置的结构示意图五。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

首先需要说明的是，本实用新型实施例所提供的胶辊运行状态监测装置主要适用于半径范围在150～165mm的工业胶辊。本申请文件中主要以造纸工艺中对纸面进行压光处理的工业胶辊为例进行说明，但这并不构成对本实用新型的限制。下面对本实用新型实施例所提供的胶辊运行状态监测装置进行详细描述。

如图1至图9所示，一种胶辊运行状态监测装置，其具体结构包括：上位机16、无线接收模块15、无线发射模块14、单片机13、贴片温度传感器12和压力传感器11；压力传感器11设于胶辊的外覆胶层3的表面或内部，并且与单片机13电连接；贴片温度传感器12设于胶辊的外覆胶层3的内部，并且也与单片机13电连接；单片机13和无线发射模块14均设于胶辊的辊颈2上，并且单片机13与无线发射模块14电连接；无线发射模块14与无线接收模块15通过无线电波进行数据传输；无线接收模块15与上位机16电连接；

单片机13通过压力传感器11采集胶辊的外覆胶层3的运行压力数据，并通过贴片温度传感器12采集胶辊的外覆胶层3的运行温度数据，再将外覆胶层3的运行压力数据和运行温度数据通过无线发射模块14发送给无线接收模块15；无线接收模块15接收外覆胶层3的运行压力数据和运行温度数据，并发送给上位机16。

其中，该胶辊运行状态监测装置可以包括如下的具体实施方案：

(1)如图3、图4、图7、图8和图9所示，由于工业胶辊上安装的温度传感器12数量过多会影响工业胶辊运行的动态平衡，而且同一个工业胶辊在同一次运行过程中外覆胶层3表面的各处温度相差不大，因此为了保障工业胶辊运行的动态平衡，并且保障测量工业胶辊运行温度的准确性，贴片温度传感器12最好为三个(例如：图9中所示的贴片温度传感器1、贴片温度传感器2和贴片温度传感器3这三个贴片温度传感器)，并且这三个贴片温度传感器12最好处于同于圆周上，而且沿胶辊的周向平均分布，从而使这三个贴片温度传感器12所在的横截面上任意两个贴片温度传感器12的圆心角均为120°。

在实际应用中，贴片温度传感器12与胶辊的外覆胶层3的表面之间的距离不小于3mm，且不大于20mm。如果贴片温度传感器12与外覆胶层3的表面之间距离过大，那么贴片温度传感器12可能无法精确地检测到外覆胶层3表面出现的较小的温度变化，这会给对胶辊运行温度的监测带来误差。如果贴片温度传感器12与外覆胶层3的表面之间距离过小，那么胶辊之间相互挤压的压力可能导致贴片温度传感器12被压坏。

(2)压力传感器11为一组或多组；每组压力传感器11可以包括一个用于测量胶辊径向所受压力的薄膜压电传感器和一个用于测量胶辊周向所受压力的压阻应变片；胶辊的外覆胶层3的表面或内部设有至少一个压力测量点，而每个压力测量点设有一组压力传感器11，即一个用于测量该压力测量点处胶辊径向所受压力的薄膜压电传感器以及一个用于测量该压力测量点处胶辊周向所受压力的压阻应变片。薄膜压电传感器和压阻应变片并不是重叠地放置于同一个压力测量点的，而是采取并列放置或留有一定间隙等放置方式。由于薄膜压电传感器和压阻应变片的尺寸远远小于工业胶辊的尺寸，因此相对于工业胶辊的体积而言，薄膜压电传感器和压阻应变片的体积可以忽略不计，从而同一个压力测量点不重叠地放置一个薄膜压电传感器和一个压阻应变片可以近似地认为是对同一个压力测量点进行压力检测。

在实际应用中，外覆胶层3的表面或内部可以有规律地分布N个压力测量点，每个压力测量点可以设有一组压力传感器11，即共有N组压力传感器11；而每组压力传感器11又可以包括一个薄膜压电传感器和一个压阻应变片，因此只要每组压力传感器11中，薄膜压电传感器和压阻应变片的间隙以及放置方式都保持一致，那么就可以使薄膜压电传感器和压阻应变片形成一个规律分布的压力传感器阵列，这有助于对胶辊不同位置的运行状态进行更加准确的监测和分析。

(2)当压力传感器11设于胶辊的外覆胶层3的内部时，压力传感器11距离外覆胶层3的表面不大于15mm，如果压力传感器11与外覆胶层3的表面距离过大，那么较少的压力可能不会被压力传感器11检测到，这会给对胶辊运行状态的监测带来误差。

(3)胶辊的辊颈2上设有导电环17；压力传感器11和贴片温度传感器12通过导电环17与单片机13电连接。在实际应用中，该导电环17可以采用现有技术中型号为SRM-12-06D的导电环。

(4)单片机13的外部设有金属防爆壳；单片机13通过该金属防爆壳固定在胶辊的辊颈2上。由于工业胶辊的工作环境比较复杂，将单片机13设置于工业胶辊的辊颈2上需要预防工作环境所带来的风险，因此单片机13先固定在金属防爆壳内，再通过该金属防爆壳固定在胶辊的辊颈2上，这可以提高单片机13对外界环境的适应能力。

(5)无线发射模块14与无线接收模块15是基于IEEE802.15.4的通信电路；在实际应用中，无线发射模块14可以采用现有技术中基于nRF2401射频收发芯片的无线发射电路；无线接收模块15可以采用现有技术中基于nRF2401射频收发芯片的无线接收电路。

(6)无线接收模块15可以是一个独立于上位机16的无线通讯模块，也可以是上位机16本身就具有的无线通讯模块。无线接收模块15与上位机16可以通过PCI接口、PCI-E接口、USB接口或RS232串口进行连接。

(7)单片机13最好采用现有技术中的本安型STM32单片机；本安型是本质安全型的简称，是所有防爆型式最安全的一种防爆型式，本安型STM32单片机不管是内部短路或短路，均不能引起周围环境的易燃易爆气体爆炸，这可以使单片机13能够更好地适应工业胶辊的工作环境，从而提高该胶辊运行状态监测装置运行安全能力。

具体地，由于工业胶辊在运行过程中，其径向和周向均受到压力，因此该胶辊运行状态监测装置的工作过程如下：薄膜压电传感器获取胶辊径向所受压力值，并将其转换为电压值信号；压阻应变片获取胶辊周向所受压力值，也将其转换为电压值信号；贴片温度传感器12获取胶辊运行温度值，并将其转换为电压值信号；这些电压值信号经单片机13的处理后，通过无线发射模块14以无线电波的形式发送给无线接收模块15；无线接收模块15接收这些无线电波，并解析出胶辊径向所受压力的数据、胶辊周向所受压力的数据以及胶辊运行温度的数据，再发送给上位机16，以供监测、分析、记录、存储。

此外，根据现有技术中的软件编程技术和数学建模技术，可以在上位机16上编写特定程序，以实现对胶辊径向所受压力的数据、胶辊周向所受压力的数据、胶辊的运行温度数据以及胶辊的运行时间等数据进行自动数据分析，并且针对不同的分析结果进行不同的响应，例如：压力不均报警、数据存储溢出报警等响应。

为了更加清晰地展现出本实用新型所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本实用新型所提供的胶辊运行状态监测装置进行详细描述。

实施例一

如图5、图7和图9所示，一种胶辊运行状态监测装置，其具体结构包括：上位机16、无线接收模块15、无线发射模块14、单片机13、三个贴片温度传感器12和多组压力传感器11；每组压力传感器11包括一个薄膜压电传感器和一个压阻应变片；三个贴片温度传感器12沿胶辊的周向平均分布；每个薄膜压电传感器、压阻应变片和贴片温度传感器12均设置于胶辊的外覆胶层3的内部，并且均通过导电环17与单片机13电连接；导电环17、单片机13和无线发射模块14均设于胶辊的辊颈2上，并且单片机13与无线发射模块14电连接；无线发射模块14与无线接收模块15通过无线电波进行数据传输；无线接收模块15与上位机16电连接。

其中，薄膜压电传感器的尺寸为：15×12×2mm；压阻应变片的尺寸为：5.4×7.5×2mm；每个薄膜压电传感器和压阻应变片与胶辊的外覆胶层3的表面之间的距离均大于10mm，且小于15mm。贴片温度传感器的尺寸为：15×6×3mm；每个贴片温度传感器与胶辊的外覆胶层3的表面之间的距离均为17mm。导电环17采用现有技术中型号为SRM-12-06D的导电环；单片机13采用现有技术中的本安型STM32单片机；无线发射模块14采用现有技术中基于nRF2401射频收发芯片的无线发射电路；无线接收模块15采用现有技术中基于nRF2401射频收发芯片的无线接收电路。无线接收模块15是上位机16本身就具有的无线通讯模块，并且无线接收模块15与上位机16可以通过PCI接口进行连接。

具体地，该胶辊运行状态监测装置的工作过程如下：薄膜压电传感器获取胶辊径向所受压力值，并将其转换为电压值信号；压阻应变片获取胶辊周向所受压力值，也将其转换为电压值信号；贴片温度传感器12获取胶辊运行温度值，并将其转换为电压值信号；这些电压值信号经单片机13的处理后，通过无线发射模块14以无线电波的形式发送给无线接收模块15；无线接收模块15接收这些无线电波，并解析出胶辊径向所受压力的数据、胶辊周向所受压力的数据以及胶辊的运行温度数据，再发送给上位机16，以供监测、分析、记录、存储。

在实际应用中，将该胶辊运行状态监测装置应用在半径为500mm、外覆胶层3厚度为30mm的工业胶辊上，通过多次试验得知，该胶辊运行状态监测装置的压力测量精度可以达到20牛顿/cm2，其温度测量精度可以达到±0.5℃。

综上可见，本实用新型实施例具有结构简单、测量精度高、安全可靠、防爆、防腐蚀等优点，不仅能够对工业胶辊的运行压力和运行温度等运行状态进行实时或非实时的监测，而且可以提高工业胶辊固定安装的准确性，从而使工业胶辊所加工出产品的产品质量得到有效保障。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种胶辊运行状态监测装置，其特征在于，包括：上位机、无线接收模块、无线发射模块、单片机、贴片温度传感器和压力传感器；

压力传感器设于胶辊的外覆胶层的表面或内部，并且与单片机电连接；贴片温度传感器设于胶辊的外覆胶层的内部，并且也与单片机电连接；单片机和无线发射模块均设于胶辊的辊颈上，并且单片机与无线发射模块电连接；无线发射模块与无线接收模块通过无线电波进行数据传输；无线接收模块与上位机电连接。

2.根据权利要求1所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，贴片温度传感器为三个；这三个贴片温度传感器处于同于圆周上，并且沿胶辊的周向平均分布。

3.根据权利要求2所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，贴片温度传感器与胶辊的外覆胶层的表面之间的距离不小于3mm，并且不大于20mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，压力传感器为一组或多组；每组压力传感器包括一个用于测量胶辊径向所受压力的薄膜压电传感器和一个用于测量胶辊周向所受压力的压阻应变片；

胶辊的外覆胶层的表面或内部设有至少一个压力测量点，而每个压力测量点设置一组压力传感器。

5.根据权利要求4所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，当压力传感器设于胶辊的外覆胶层的内部时，压力传感器距离外覆胶层的表面不大于15mm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，胶辊的辊颈上设有导电环；压力传感器和贴片温度传感器通过导电环与单片机电连接。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，单片机的外部设有金属防爆壳；单片机通过该金属防爆壳固定在胶辊的辊颈上。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，无线发射模块与无线接收模块是基于IEEE802.15.4的通信电路。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，无线接收模块与上位机通过PCI接口、PCI-E接口、USB接口或RS232串口连接。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的胶辊运行状态监测装置，其特征在于，单片机采用本安型STM32单片机；无线发射模块采用基于nRF2401射频收发芯片的无线发射电路；无线接收模块采用基于nRF2401射频收发芯片的无线接收电路。