CN217132350U - 一种三轴振动监测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三轴振动监测器，包括压电芯体、MEMS芯片和蓝牙控制器，所述压电芯体用于采集所述机械设备Z轴向的振动数据，所述MEMS芯片用于采集所述机械设备X轴向和Y轴向的振动数据，所述蓝牙控制器分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接，其用于将所述压电芯体和MEMS芯片采集的振动数据以蓝牙方式输出。本实用新型提供的三轴振动监测器大大降低了无线传输的能耗，提高了Z轴向的监测精准度，使得监测更加全面。

Description

一种三轴振动监测器

技术领域

本实用新型涉及振动监测器技术领域，特别涉及一种三轴振动监测器。

背景技术

在对工业机械振动的监测中，有很多的无线振动监测器，集振动采集和数据发送为一体对机械进行智能监测，这些传感器的区别主要集中在振动采集和无线传输两个地方。在无线传输部分，有zigbee、lora、wifi、nbiot和蓝牙，通常是使用一个控制芯片加无线传输模块的方式，将采集到的数据通过传输模块发送出去，这样不仅增加了成本，也大幅增减了功耗，由于无线传感器依靠电池供电，大的功耗会造成频繁更换电池的问题。而在振动采集部分，使用MEMS芯片同时采集三轴振动，但由于MEMS芯片的特性，频率响应只在1KHz左右，而且Z轴的频率响应范围远大于其他两个轴向，而工业类旋转机械，其故障频率多在1Hz到10KHz之间。因此，现有的振动监测器至少存在以下问题：(1)通过MCU加通信模块实现控制和传输导致高成本和高功耗问题；(2)现有传感器通过单个MEMS三轴加速度计监测机器振动，容易导致监测不全面以及数据漏检。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种三轴振动监测器，所述技术方案如下：

提供了一种三轴振动监测器，所述振动监测器用于对机械设备的三个轴向进行振动数据采集，所述机械设备的三个轴向分别为X、Y、Z轴向，所述振动监测器包括：

压电芯体，所述压电芯体用于采集所述机械设备Z轴向的振动数据；

MEMS芯片，所述MEMS芯片用于采集所述机械设备X轴向和Y轴向的振动数据；

蓝牙控制器，所述蓝牙控制器分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接，其用于将所述压电芯体和MEMS芯片采集的振动数据以蓝牙方式输出。

进一步地，所述X轴向和Y轴向处于水平方向，所述Z轴向处于竖直方向。

进一步地，所述振动监测器还包括ADC模块，所述ADC模块的输出端与所述蓝牙控制器通信连接，其输入端分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接。

进一步地，所述振动监测器还包括电源分布网络模块，所述电源分布网络模块用于给所述振动监测器中不同的元器件供电。

进一步地，所述振动监测器还包括电压基准网络模块，所述电压基准网络模块的输入端与所述电源分布网络模块电连接，其输出端与所述压电芯体和MEMS芯片电连接，其用于调节所述压电芯体和MEMS芯片的输入电压。

进一步地，所述MEMS芯片的频率响应在0-1.6KHz，所述压电芯体的频率响应在0-10KHz。

进一步地，所述蓝牙控制器为BLE蓝牙控制器，其集成了MCU控制单元和蓝牙模块，所述MCU控制单元与所述蓝牙模块通信连接，其用于控制调节所述蓝牙模块。

进一步地，所述振动监测器还包括外围射频电路和天线，所述蓝牙控制器集成了射频模块，所述射频模块、外围射频电路和天线依次通信连接。

进一步地，所述振动监测器还包括ADC前置电路模块，所述ADC前置电路模块的输出端与所述ADC模块电路连接，其输入端与所述压电芯体电路连接，其用于对单端模拟信号进行差分滤波处理；所述压电芯体为压电加速度传感器。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.大大降低了监测器无线传输的能耗；

b.提高了Z轴向的监测精准度，使得监测更加全面。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的三轴振动监测器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的三轴振动监测器中MEMS三轴加速度计的电路结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种三轴振动监测器，所述振动监测器用于对机械设备的三个轴向进行振动数据采集，所述机械设备的三个轴向分别为X、Y、Z轴向，所述X轴向和Y轴向垂直，并均处于水平方向上，所述Z轴向处于竖直方向，所述机械设备为旋转类的机械设备，所述机械设备在竖直方向的振动故障频率范围大于水平方向的振动故障频率，因而需要根据其频率范围分别对应监测，以在全面检测的同时控制成本。

参见图1，所述振动监测器包括压电芯体、MEMS芯片和蓝牙控制器，所述压电芯体为压电加速度传感器，所述压电芯体采集所述机械设备Z轴向的振动数据，所述MEMS芯片通过单个MEMS双轴加速度计或者MEMS三轴加速度计分别采集所述机械设备X轴向和Y轴向的振动数据，参见图2，并将X轴向和Y轴向的振动数据通过两个数据输出端口分别输出；其中，所述MEMS芯片的频率响应在0-1.6KHz，所述压电芯体的频率响应在0-10KHz，以分别满足不同振动方向的采集要求，并且降低了成本。需要注意的是，压电芯体只能采集单一轴向的振动数据，如果在机械设备的三个轴向上分别都用压电芯体进行振动数据采集，虽然也能实现全面监测，但会使得工厂成本大幅上升。

所述蓝牙控制器分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接，其将所述压电芯体和MEMS芯片采集的振动数据以蓝牙方式输出至智能终端进行存储，所述智能终端能够对振动数据进行分析归类以供查询，方便工作人员进行维修或调整设备参数；若智能终端发现振动数据超出预设范围，则发出警报信息通知到工作人员。所述蓝牙控制器为BLE蓝牙控制器，即低功耗蓝牙控制器，其集成了MCU控制单元、蓝牙模块和射频模块，所述MCU控制单元与所述蓝牙模块通信连接，其能够控制调节所述蓝牙模块和射频模块，蓝牙模块和射频模块可以进一步形成蓝牙射频模块。所述振动监测器还包括外围射频电路和天线，所述射频模块、外围射频电路和天线依次通信连接，采集的振动数据经过处理后经外围射频电路直接通过天线发送出去。本实施例使用单个蓝牙控制器，集控制单元和蓝牙通信于一体，降低了控制和数据通信部分的功耗和成本。

在本实用新型的一个实施例中，所述振动监测器还包括ADC模块和ADC前置电路模块，ADC模块用于将模拟信号转换为数字信号，ADC前置电路模块用于对单端模拟信号进行差分滤波处理。所述ADC模块的输出端与所述蓝牙控制器电路连接，其输入端通过ADC前置电路模块与所述压电芯体电路连接，同时，其输入端通过另一个用于滤波的前置电路模块与MEMS芯片电路连接，以保证所述ADC模块能够同步采集三路三轴信号。

在本实用新型的一个实施例中，所述振动监测器还包括供电电池、电源分布网络模块和电压基准网络模块，所述供电电池与所述电源分布网络模块电连接，并向其供电；所述电源分布网络模块设有多个电源输出口，分别给所述振动监测器中多个的元器件供电，例如电压基准网络模块、ADC模块和ADC前置电路模块和蓝牙控制器等等。所述电压基准网络模块的输入端与所述电源分布网络模块电连接，其输出端分别与所述压电芯体和MEMS芯片电连接，其用于调节所述压电芯体和MEMS芯片的输入电压，即为压电芯体和MEMS芯片提供电压基准。

本实用新型提供三轴振动监测器使用单个的BLE蓝牙控制器，集成了控制单元和蓝牙传输，不仅在成本上大大降低，而且同样降低了传感器的功耗；并且在Z轴向使用0Hz到10KHz频率响应的压电芯体，X轴向和Y轴向使用MEMS芯片，能在三个轴向全面检测设备的振动状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三轴振动监测器，其特征在于，所述振动监测器用于对机械设备的三个轴向进行振动数据采集，所述机械设备的三个轴向分别为X、Y、Z轴向，所述振动监测器包括：

压电芯体，所述压电芯体用于采集所述机械设备Z轴向的振动数据；

MEMS芯片，所述MEMS芯片用于采集所述机械设备X轴向和Y轴向的振动数据；

蓝牙控制器，所述蓝牙控制器分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接，其用于将所述压电芯体和MEMS芯片采集的振动数据以蓝牙方式输出。

2.根据权利要求1所述的振动监测器，其特征在于，所述X轴向和Y轴向处于水平方向，所述Z轴向处于竖直方向。

3.根据权利要求1所述的振动监测器，其特征在于，还包括ADC模块，所述ADC模块的输出端与所述蓝牙控制器通信连接，其输入端分别与所述压电芯体和MEMS芯片通信连接。

4.根据权利要求1所述的振动监测器，其特征在于，还包括电源分布网络模块，所述电源分布网络模块用于给所述振动监测器中不同的元器件供电。

5.根据权利要求4所述的振动监测器，其特征在于，还包括电压基准网络模块，所述电压基准网络模块的输入端与所述电源分布网络模块电连接，其输出端与所述压电芯体和MEMS芯片电连接，其用于调节所述压电芯体和MEMS芯片的输入电压。

6.根据权利要求1所述的振动监测器，其特征在于，所述MEMS芯片的频率响应在0-1.6KHz，所述压电芯体的频率响应在0-10KHz。

7.根据权利要求1所述的振动监测器，其特征在于，所述蓝牙控制器为BLE蓝牙控制器，其集成了MCU控制单元和蓝牙模块，所述MCU控制单元与所述蓝牙模块通信连接，其用于控制调节所述蓝牙模块。

8.根据权利要求7所述的振动监测器，其特征在于，还包括外围射频电路和天线，所述蓝牙控制器集成了射频模块，所述射频模块、外围射频电路和天线依次通信连接。

9.根据权利要求3所述的振动监测器，其特征在于，还包括ADC前置电路模块，所述ADC前置电路模块的输出端与所述ADC模块电路连接，其输入端与所述压电芯体电路连接，其用于对单端模拟信号进行差分滤波处理；所述压电芯体为压电加速度传感器。

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