CN212843958U - 一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器 - Google Patents

Abstract

一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，固定在被测设备表面，包括传感器外壳，布置在传感器外壳内底部感知振动并将振动信号转换成电信号的振动敏感元件，与振动敏感元件连接的将电信号转换成数字信号的模数转换单元，与模数转换单元连接的中央处理单元，与中央处理单元连接的数据存储单元、通讯单元、电能管理单元，与通讯单元连接的天线，电能管理单元通过控制总线与电池连接，电池通过供电线路与振动敏感元件、模数转换单元、中央处理单元、数据存储单元、通讯单元、电能管理单元连接。配合具有LoRa通讯功能的设备，遵循公开的通信规约，本实用新型可根据配置向外界输出被测设备的振动波形数据或振动诊断结果信息。

Description

一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器

技术领域

本实用新型涉及旋转机械设备振动信号的获取、采集、处理、传输与振动故障诊断技术领域以及物联网技术领域，具体涉及一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器。

背景技术

振动监测与故障诊断已经成为旋转机械设备状态分析的一个重要技术手段，对于常见的振动故障，诊断方法已经比较成熟和完善。振动监测与故障诊断可以大幅度提高旋转机械设备的可用度和健康性，提高设备管理人员对旋转机械设备状态的掌控能力，对整个生产环节的安全性和经济性起到非常重要的作用。

旋转机械设备振动监测与故障诊断的流程一般是：在旋转机械设备表面安装振动传感器，用于感知旋转机械设备的振动信号并转换成电信号；传感器将振动信号经专用信号电缆传输到旋转机械设备附近的变送器；再经过专用信号电缆将振动信号传输到安装在电子间的信号处理设备，完成电信号的远距离传输并进行采集和模数转换，转换成计算机可以处理的数字信号；再通过计算机网络传输到相应的振动分析与诊断服务器，应用数字信号处理技术加以处理，根据不同的诊断方法提取相应的特征参数，根据相应的诊断规则，对旋转机械设备实施振动故障诊断。一路振动信号的感知、采集、处理、分析需要上述一条从现场设备到计算机的冗长的线路与多个处理环节，对生产现场大量的旋转机械设备实施振动监测需要大量的线路，大大提高了振动监测的成本，冗长的信号电缆和多个处理环节降低了振动监测系统的可靠性，提高了后期维护工作的复杂度。

LoRa(Long Range Radio,远距离无线电)，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，属于物联网技术的一种，能够很好地实现远距离通讯，并且具有抗干扰能力强、长电池寿命、大系统容量、低硬件成本的特点，LoRa的产业链已相当成熟，从底层的芯片、模组到设备制造、系统集成，都有相关厂商和成熟产品。

实用新型内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，充分利用成熟的物联网技术，在传感器整体重量不影响振动频率响应特性的前提下，将振动信号的感知、采集、处理、分析、存储等环节的元件与电源、通信等元件集成，满足开放的LoRa通信规约，任何遵循LoRa通讯规约的设备均可接收该传感器的输出，传感器可根据用户设置传输出振动数字信号或振动诊断结果信息。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，所述无线智能振动传感器安装在被测设备表面，包括传感器外壳13，布置在传感器外壳13内底部负责感知振动并将振动信号转换成电信号的振动敏感元件1，与振动敏感元件1通过信号线路10连接的负责将振动敏感元件1传输来的电信号转换成数字信号的模数转换单元2，与模数转换单元2通过数据与控制总线9双向通讯连接的中央处理单元3，与中央处理单元3通过数据与控制总线9双向通讯连接的数据存储单元4、通讯单元5和电能管理单元6，与通讯单元5连接的天线8，电能管理单元6通过控制总线14与电池7连接，电池7通过供电线路12与振动敏感元件1、模数转换单元2、中央处理单元3、数据存储单元4、通讯单元5和电能管理单元6连接。

所述无线智能振动传感器采用磁座的安装方式直接吸附在被测旋转机械设备外表面振动测量位置。

所述无线智能振动传感器可使用与直径为1/4英寸的螺孔11配套的螺栓以刚性连接安装的方式固定在被测旋转机械设备的振动测量位置上。

所述通讯单元5为采用支持LoRa通讯协议的收发双向芯片。

所述数据存储单元4为RAM芯片。

所述传感器外壳13的形状为圆柱体，满足IP66要求。

所述天线8以螺栓连接的方式布置在传感器外壳13上部。

所述振动敏感元件1采用单轴MEMS振动加速度传感器。

本实用新型针对旋转机械设备振动监测与故障诊断技术的特点，与现有技术的核心区别主要有：

(1)本实用新型对旋转机械设备振动信号的采集、处理、分析做了高度集成。在传统的振动监测诊断系统中，振动信号的感知、获取、传输、采集、处理等环节以及分析、诊断等高级应用由多个独立装置或设备完成，本实用新型将上述环节集成在一个传感器内，可实现低成本、高精度的振动信息采集，大大减小了旋转机械振动监测与诊断系统的体积与重量，同时也降低了应用门槛，扩大了振动监测的覆盖范围。

(2)本实用新型提高了旋转机械设备振动监测与诊断的易用性。内部集成了中央处理单元和数据存储单元，具备较强的计算能力，计算资源遵循已有公开的协议，以API接口的方式完全对外开放，支持二次开发，开发人员可将诊断算法写入，实现振动故障自动诊断，降低对最终使用者振动诊断专业知识的要求。

(3)本实用新型内部集成了中央处理单元，具备信号采集、数据处理、交换信息的能力，自动诊断功能可根据实际监测需要配置成由时间或报警事件触发，可根据用户需求提供相应振动信号采集配置和输出功能。

(4)本实用新型在实施旋转机械设备振动监测方面具有极大的便捷性。临时检测，可采用磁座直接吸附的方式固定在旋转机械设备相应的振动测量位置；长期监测，可采用螺栓刚性连接安装的方式固定在旋转机械设备相应的振动测量位置。体积小、无线缆和供电限制的特点，在安装时降低了测量位置的空间要求，使得振动测量可更加接近振源；简便的安装与拆卸方式也降低了后期维护工作的繁琐程度。

(5)本实用新型提高了旋转机械设备振动信号的稳定性和可靠性。本实用新型外部无信号电缆，不会产生因信号电缆抖动造成的振动传感器与被测设备表面接触不稳定、进而造成振动信号失稳的情况；高度集成的特点，减少了各信号处理装置或设备及其之间的连接线缆数量，减少了中间环节，提高了系统可靠性。

(6)本实用新型具有高度的兼容性。所采用的LoRa通讯技术的规约以及通讯规约均为公开的，目前市面上支持LoRa协议的无线收发设备均可以与本实用新型实现数据交换，包括对本实用新型的控制、获取本实用新型的振动波形数据以及诊断结论等。

附图说明

图1是本实用新型一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体工作方式对本实用新型作更详细的说明。

如图1所示，本实用新型一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，固定在被测旋转机械设备的表面，包括传感器外壳13，布置在传感器外壳13内底部负责感知振动并将振动信号转换成电信号的振动敏感元件1，与振动敏感元件1通过信号线路10连接的负责将振动敏感元件1传输来的电信号转换成数字信号的模数转换单元2，与模数转换单元2通过数据与控制总线9双向通讯连接的中央处理单元3，与中央处理单元3通过数据与控制总线9双向通讯连接的数据存储单元4、通讯单元5和电能管理单元6，与通讯单元5连接的天线8，电能管理单元6通过控制总线14与电池7连接，电池7通过供电线路12与振动敏感元件1、模数转换单元2、中央处理单元3、数据存储单元4、通讯单元5和电能管理单元6连接。

作为本实用新型的优选实施方式，所述无线智能振动传感器使用磁座吸附在测旋转机械设备的表面或者通过与直径为1/4英寸螺孔11配套的螺栓固定在被测旋转机械设备的表面。

作为本实用新型的优选实施方式，所述传感器外壳13的形状为圆柱体，采用不锈钢材质，由上至下三分之二部分包裹黑色软橡胶，满足IP66防护等级要求，握感舒适、便于携带，并且与圆柱形磁座或圆形安装垫片有较高的外形契合度，整体性易于被用户接受。

作为本实用新型的优选实施方式，所述天线8采用螺栓旋紧的方式安装在传感器外壳13上部。

作为本实用新型的优选实施方式，所述振动敏感元件1采用单轴MEMS振动加速度传感器。

作为本实用新型的优选实施方式，只要满足通信协议LoRaWAN的设备，即可实现向本实用新型传输配置、参数、命令，并获取本实用新型发回的振动波形数据或诊断结果数据。

本实用新型的工作原理为：当通讯单元5通过天线8收到命令后，首先唤醒中央处理单元3，并将收到的命令通过数据与控制总线9发送给中央处理单元3进行解析。中央处理单元3按已有公开的通讯规约解析收到的命令，如果不是发给本传感器的命令，将停止响应；如果确认是发给本传感器的命令，按命令内容执行。中央处理单元3通过数据与控制总线9启动电能管理单元6向振动敏感元件1、模数转换单元2和数据存储单元4供电。中央处理单元3向模数转换单元2发送指令，模数转换单元2根据指令对由振动敏感元件1通过信号线路10发送过来的电信号实施模数转换，将转换后的数字信号通过数据与控制总线9传输给中央处理单元3。中央处理单元3按命令要求，对振动信号实施处理，将振动波形数字信号或诊断结果信息按已有公开规约打包后，通过数据与控制总线9传输给通讯单元5。通讯单元5通过天线8将数据发送出去，完成振动信号或振动故障诊断结果的无线传输。

Claims (8)

1.一种采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述无线智能振动传感器安装在被测旋转机械设备表面，包括传感器外壳(13)，布置在传感器外壳(13)内底部负责感知振动并将振动信号转换成电信号的振动敏感元件(1)，与振动敏感元件(1)通过信号线路(10)连接的负责将振动敏感元件(1)传输来的电信号转换成数字信号的模数转换单元(2)，与模数转换单元(2)通过数据与控制总线(9)双向通讯连接的中央处理单元(3)，与中央处理单元(3)通过数据与控制总线(9)双向通讯连接的数据存储单元(4)、通讯单元(5)和电能管理单元(6)，与通讯单元(5)连接的天线(8)，电能管理单元(6)通过控制总线(14)与电池(7)连接，电池(7)通过供电线路(12)与振动敏感元件(1)、模数转换单元(2)、中央处理单元(3)、数据存储单元(4)、通讯单元(5)和电能管理单元(6)连接。

2.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述无线智能振动传感器采用磁座的安装方式直接吸附在被测旋转机械设备外表面振动测量位置。

3.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述无线智能振动传感器使用与直径为1/4英寸的螺孔(11)配套的螺栓以刚性连接安装的方式固定在被测旋转机械设备的振动测量位置。

4.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述通讯单元(5)为采用支持LoRa通讯协议的收发双向芯片。

5.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述数据存储单元(4)为RAM芯片。

6.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述传感器外壳(13)的形状为圆柱体，采用不锈钢材质，由上至下三分之二部分包裹黑色软橡胶，满足IP66防护等级要求。

7.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述天线(8)以螺栓连接的方式布置在传感器外壳(13)上部。

8.根据权利要求1所述的采用LoRa通讯技术的无线智能振动传感器，其特征在于：所述振动敏感元件(1)采用单轴MEMS振动加速度传感器。

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