CN217111386U - 一种电池分离的分体式振动传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池分离的分体式振动传感器，涉及振动传感器技术领域，包括电池侧结构件和振动传感器侧结构件，电池侧结构件包括电池固定装置和电池，电池放置于电池固定装置，振动传感器侧结构件包括传感器组、AD采样模组、主控模组、通讯模组和电源管理模组，主控模组分别和传感器组、AD采样模组、通讯模组以及电源管理模组相连接，有益效果在于将电池侧结构件分离出振动传感器本体，形成分体式的设计可以减小振动传感器的体积，从而提高振动传感器的频响范围。整体振动传感器的装置体积小，无需外接电源线和信号线，安装方便。同时可以实现一对多的设计，即一个电池侧结构件可同时为多个振动传感器侧结构件供电。

Description

一种电池分离的分体式振动传感器

技术领域

本实用新型属于振动传感器技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种电池分离的分体式振动传感器。

背景技术

旋转机械在使用过程中，零部件的健康稳定状态会随着时间逐渐退化，因此旋转机械的状态监测具有重要意义。振动是所有旋转机械客观存在的一种重要特性，振幅大小及频率变化都直接反应旋转机械设备的不同运行状态，因此振动信号通常作为判断旋转机械设备是否正常运行的监测信号。

目前，工业现场对旋转机械的振动信号采集大都是通过振动传感器来采集，采集方式存在自身的局限性。第一，工业现场往往环境复杂，导致布线区域受到限制，甚至部分区域禁止布线，尤其随着监控测点数量的增加，有线振动传感器布线受限的问题势必会越来越严重。第二，无线振动传感器由于使用了电池供电，体积结构上的设计要远大于有线振动传感器，从而制约了频响性能，无法满足一些特定要求的监控场景。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池分离的分体式振动传感器，以解决上述现有技术中存在的无线振动传感器体积大且频响性能低的技术问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种电池分离的分体式振动传感器，包括电池侧结构件和振动传感器侧结构件，所述电池侧结构件和所述振动传感器侧结构件相连接，所述电池侧结构件包括电池固定装置和电池，所述电池放置于所述电池固定装置，所述振动传感器侧结构件包括传感器组、AD采样模组、主控模组、通讯模组和电源管理模组，所述主控模组分别和所述传感器组、所述AD采样模组、所述通讯模组以及所述电源管理模组相连接。

优选地，所述传感器组包括MEMS传感器模组，所述MEMS传感器模组和所述AD采样模组相连接。

优选地，所述传感器组包括红外温度传感器模组，所述红外温度传感器模组和所述主控模组相连接。

优选地，所述AD采样模组包括抗混叠滤波电路和AD芯片，所述抗混叠滤波电路分别和所述传感器组以及所述AD芯片相连接，所述AD芯片分别和所述主控模组以及所述抗混叠滤波电路相连接。

优选地，还包括SRAM存储模组，所述SRAM存储模组和所述主控模组相连接。

优选地，所述通讯模组包括无线通讯单元。

优选地，所述无线通讯单元至少包括WiFi模组、Zigbee模组以及低功耗蓝牙芯片中的一种。

优选地，所述电源管理模组和所述电池相连接，所述电源管理模组由所述电池供电。

优选地，所述电源管理模组包括第一电源芯片、第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片和第五电源芯片。

优选地，所述第一电源芯片和所述传感器组相连接，所述第二电源芯片和所述通讯模组相连接，所述第三电源芯片和所述主控模组相连接，所述第四电源芯片和所述AD采样模组相连接，所述第五电源芯片分别和所述AD采样模组以及所述传感器组相连接。

本实用新型提供的有益效果在于：

1、本实用新型包括电池侧结构件和振动传感器侧结构件，电池侧结构件和振动传感器侧结构件相连接。将电池侧结构件分离出振动传感器本体，形成分体式的设计可以减小振动传感器的体积，从而提高振动传感器的频响范围。整体振动传感器的装置体积小，无需外接电源线和信号线，安装方便。同时可以实现一对多的设计，即一个电池侧结构件可同时为多个振动传感器侧结构件供电。

2、本实用新型的传感器组包括红外温度传感器模组和MEMS传感器模组，AD采样模组包括抗混叠滤波电路和AD芯片，MEMS传感器模组输出电压信号，经抗混叠滤波后传输至AD采样模组，实现振动信号的测量，可有效测量5kHz频响范围的振动信号，抗混叠滤波电路采用两级运放搭建了四阶巴特沃斯有源滤波电路，可有效滤除10KHz以上的干扰信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电池分离的分体式振动传感器的结构示意图；

图2是电源管理模组的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种电池分离的分体式振动传感器包括电池侧结构件和振动传感器侧结构件，电池侧结构件和振动传感器侧结构件相连接，电池侧结构件包括电池固定装置和电池，电池放置于电池固定装置，振动传感器侧结构件包括传感器组、AD采样模组、主控模组、通讯模组和电源管理模组，主控模组分别和传感器组、AD采样模组、通讯模组以及电源管理模组相连接。

在本实施例中，电池侧结构件和振动传感器侧结构件通过导线相连接。将电池侧结构件分离出振动传感器本体，形成分体式的设计可以减小振动传感器的体积，从而提高振动传感器的频响范围。整体振动传感器的装置体积小，无需外接电源线和信号线，安装方便。同时可以实现一对多的设计，即一个电池侧结构件可同时为多个振动传感器侧结构件供电。

传感器组包括MEMS传感器模组，MEMS传感器模组和AD采样模组相连接。传感器组包括红外温度传感器模组，红外温度传感器模组和主控模组相连接。红外温度传感器模组实现对被测物体和环境的温度监测，实时校准振动传感器测量的灵敏度。

具体的，MEMS传感器模组输出电压信号，经抗混叠滤波后传输至AD采样模组，实现振动信号的测量，可有效测量5kHz频响范围的振动信号。红外温度传感器模组包括红外温度传感器以及相应外围电路，红外温度传感器的芯片输出高精度数字信号，采用I²C接口输出至主控模组，温度测量范围在-40℃～150℃，测量精度为±1℃。

AD采样模组包括抗混叠滤波电路和AD芯片，抗混叠滤波电路分别和传感器组以及AD芯片相连接，AD芯片分别和主控模组以及抗混叠滤波电路相连接。

在本实施例中，抗混叠滤波电路采用两级运放搭建了四阶巴特沃斯有源滤波电路，可有效滤除10KHz以上的干扰信号。AD芯片采用单通道以及16位精度。振动的模拟信号经过滤波后，传输至AD芯片的输入端。将模拟电压信号转化为数字量后通过SPI接口与主控模组进行通信。

还包括SRAM存储模组，SRAM存储模组和主控模组相连接。本实施例中，SRAM存储模组采用容量为2MBtye芯片。由于主控模组内部的RAM容量有限且原始振动数据大，所以需要采用外扩SRAM的方式提高存储容量。SRAM存储模组通过SPI接口与主控模组相连接，主控模组将采集的原始振动数据存储在其中。

振动传感器在静止状态下振动波形未有阶跃信号，主控模组持续输出自检控制信号，则振动波形持续出现阶跃信号，主控模组停止输出自检控制信号，则振动波形未有阶跃信号跌落到正常波形。若主控模组持续输出自检控制信号，振动波形未持续出现阶跃信号，则验证振动传感器处于失效故障状态，同时输出振动传感器的自检结果。

通讯模组包括无线通讯单元。无线通讯单元至少包括WiFi模组、Zigbee模组以及低功耗蓝牙芯片中的一种。实现电池电压、被测物体温度、环境温度、自检结果以及原始振动信号等数据的无线传输，空旷视距可达100米以上，有效解决了有线振动传感器布线复杂的局限性。同时无线通讯单元支持灵活组网，振动传感器的测点数量可灵活扩展。无线通讯单元通过USART串口和主控模组相连接。

电源管理模组和电池相连接，电源管理模组由电池供电。电源管理模组包括第一电源芯片、第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片和第五电源芯片。第一电源芯片和传感器组相连接，第二电源芯片和通讯模组相连接，第三电源芯片和主控模组相连接，第四电源芯片和AD采样模组相连接，第五电源芯片分别和AD采样模组以及传感器组相连接。

本实施例中，电池采用3.6V锂亚电池，电源管理模组由3.6V锂亚电池供电，由电源管理模组的五块电源芯片分别给各个模组供电。

如图2所示，第一电源芯片为3.3V电源芯片，红外温度传感器模组和SRAM存储模组通过第一电源芯片供电。第二电源芯片为3.3V电源芯片，无线通讯单元通过第二电源芯片供电。第三电源芯片为3.3V电源芯片，主控模组通过第三电源芯片进行稳压供电，主控模组通过内部AD监控电池的电压，且控制其他电源芯片的开关状态。第四电源芯片为2.5V电源芯片，AD芯片通过第四电源芯片进行内核供电。第五电源芯片为3.3V电源芯片，AD采样模组和MEMS传感器模组通过第五电源芯片供电。将无线通讯单元的供电与红外温度传感器模组、SRAM存储模组的供电分开，可以最大限度降低电池的损耗。

需要说明的是：

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池分离的分体式振动传感器，其特征特在于，包括电池侧结构件和振动传感器侧结构件，所述电池侧结构件和所述振动传感器侧结构件相连接，所述电池侧结构件包括电池固定装置和电池，所述电池放置于所述电池固定装置，所述振动传感器侧结构件包括传感器组、AD采样模组、主控模组、通讯模组和电源管理模组，所述主控模组分别和所述传感器组、所述AD采样模组、所述通讯模组以及所述电源管理模组相连接。

2.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述传感器组包括MEMS传感器模组，所述MEMS传感器模组和所述AD采样模组相连接。

3.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述传感器组包括红外温度传感器模组，所述红外温度传感器模组和所述主控模组相连接。

4.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述AD采样模组包括抗混叠滤波电路和AD芯片，所述抗混叠滤波电路分别和所述传感器组以及所述AD芯片相连接，所述AD芯片分别和所述主控模组以及所述抗混叠滤波电路相连接。

5.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，还包括SRAM存储模组，所述SRAM存储模组和所述主控模组相连接。

6.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述通讯模组包括无线通讯单元。

7.如权利要求6所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述无线通讯单元至少包括WiFi模组、Zigbee模组以及低功耗蓝牙芯片中的一种。

8.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述电源管理模组和所述电池相连接，所述电源管理模组由所述电池供电。

9.如权利要求1所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述电源管理模组包括第一电源芯片、第二电源芯片、第三电源芯片、第四电源芯片和第五电源芯片。

10.如权利要求9所述的一种电池分离的分体式振动传感器，其特征在于，所述第一电源芯片和所述传感器组相连接，所述第二电源芯片和所述通讯模组相连接，所述第三电源芯片和所述主控模组相连接，所述第四电源芯片和所述AD采样模组相连接，所述第五电源芯片分别和所述AD采样模组以及所述传感器组相连接。

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