CN217819009U - 一种新型无线振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种新型无线振动测量装置，包括：无线充电电路，无线充电电路为电池充电，无线充电电路的接收芯片采用XKT‑R2；无线充电电路输出的电压连接线性稳压芯片，性稳压芯片转换合适的电压分别为MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4‑20mA环路电路、无线模块供电，通过无线传输数据，节省了电缆，简化了现场布线的难度，增加无线充电模块，可对无线监测模块进行全密封设计，内部的电路可以和外部全绝缘和隔离。防护等级可以达到最高IP68，防爆等级也可以达到Ⅰ类等级，实用性能优。

Description

一种新型无线振动测量装置

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种新型无线振动测量装置。

背景技术

物体振动的测量指标包含振动加速度、振动速度及振动位移。其中振动速度是振动加速度的积分，振动位移是振动速度的积分。

目前,市场上大部分振动测量是有线振动传感器加振动仪表的方式,但是有线振动传感器布线复杂，布线成本较高。特别是在设备运行之后，新增加的振动测点，布线更加复杂和繁琐。一般振动设备到监控室直线距离从几十米到数百米不等，振动测量如果采用有线的方式，布线要走布线槽，布线长度大，线缆一般至少采用两芯屏蔽线，布线成本较高，安装一个传感器线缆的成本在数百元，甚至数千元。而且一般每台设备安装2到4个测点，工业现场设备的数量有数十台，甚至数百台，线缆布线非常复杂和繁琐，线缆的成本也非常高。

无线振动传感可以避免走线复杂和繁琐，安装比较灵活，但是由于一般都采用电池供电，所以在保证性能的同时，设计功耗要非常低，不仅是待机状态下功耗低，在发送数据的时候也需要功耗低，目前市场上的无线振动装置，存在电池供电时间不长，振动测量精度不高，测试方式不灵活等缺点。

综上所述，针对现有技术中存在的缺陷，特别需要一种新型无线振动测量装置，以解决现有技术的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型无线振动测量装置，设计新颖，通过无线传输数据，不但节省了电缆，而且简化了现场的布线，实用性能优。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型无线振动测量装置，包括：无线充电电路，无线充电电路为电池充电，无线充电电路的接收芯片采用XKT-R2；

MEMS加速度传感器，MEMS加速度传感器内部分别集成有模拟放大电路、AD转换电路、DSP处理电路、FIFO、数字接口，MEMS加速度传感器接收振动信号，并将振动信号转为数字信号，MEMS加速度传感器连接有显示输出电压温度值的温度传感器；

高性能低功耗MCU，高性能低功耗MCU获取MEMS加速度传感器发送的数字信号，高性能低功耗MCU将数字信号转化为振动位移数据后输出给4-20mA环路电路，4-20mA环路电路将振动位移数据转换为电流信号后通过无线模块输出；

无线充电电路输出的电压连接线性稳压芯片，性稳压芯片转换合适的电压分别为MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4-20mA环路电路、无线模块供电。

进一步，所述线性稳压芯采用XC6206P252MR。

进一步，所述温度传感器型号为MCP9700A。

进一步，所述无线模块采用Lora或Zigbee或WIFI或NB-Iot协议。

进一步，所述无线模块采用WIFI，无线模块为USR-C322。

进一步，所述高性能低功耗MCU连接有复位模块，高性能低功耗MCU上设置有烧录接口。

进一步，所述4-20mA环路电路包含有环路发送器，环路发送器的型号为XTR117。

进一步，所述无线充电电路上设置有场效应管，场效应管采用AO3401A。

进一步，所述MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4-20mA环路电路、无线模块供电、无线充电电路全封装于密封壳体。

本实用新型的优点在于：设计新颖，通过无线传输数据，节省了电缆，简化了现场布线的难度，增加无线充电模块，可对无线监测模块进行全密封设计，内部的电路可以和外部全绝缘和隔离。防护等级可以达到最高IP68，防爆等级也可以达到Ⅰ类等级，利于使用，实用性能优。

附图说明

图1是本实用新型控制框图；

图2是本实用新型无线充电电路原理图。

图3是本实用新型线性稳压芯片原理图。

图4是本实用新型MEMS加速度传感器原理图。

图5是MEMS加速度传感器原理框图。

图6是本实用新型温度传感器原理图。

图7是本实用新型高性能低功耗MCU原理图。

图8是本实用新型复位模块原理图。

图9是本实用新型烧录接口原理图。

图10是本实用新型无线模块原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种新型无线振动测量装置，包括无线充电电路、MEMS加速度传感器U2、高性能低功耗MCU、无线模块，MEMS加速度传感器U2、高性能低功耗MCU、无线模块依次进行电连接，MEMS加速度传感器内部分别集成有模拟放大电路、AD转换电路、DSP处理电路、FIFO、数字接口，MEMS加速度传感器接收振动信号，并将振动信号转为数字信号，MEMS加速度传感器连接有显示输出电压温度值的温度传感器J10；高性能低功耗MCU获取MEMS加速度传感器发送的数字信号，高性能低功耗MCU将数字信号转化为振动位移数据后输出给4-20mA环路电路，4-20mA环路电路将振动位移数据转换为电流信号后通过无线模块输出，另外，无线充电电路输出的电压连接线性稳压芯片UO，性稳压芯片UO转换合适的电压分别为MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4-20mA环路电路、无线模块供电。

增加无线充电模块，可以进行全密封设计，通过低功耗设计，电池使用时间更长，可同时测量X，Y，Z三轴振动和温度。

如图2所示，无线充电电路上设置有场效应管Q1，场效应管Q1采用AO3401A，无线充电电路为电池充电，无线充电电路的接收芯片U6采用XKT-R2，该芯片工作电压高，充电电流高，充电电压可调整，适合各种电池充电，参见图3，无线充电电路和充电电池输出的电压通过线性稳压芯片UO转换合适的电压给主电路供电,线性稳压芯片UO的型号采用XC6206P252MR。

参见图4，MEMS(微机电系统,英文Micro-Electro-Mechanical System，也叫做微电子机械系统)加速传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，基于硅加工工艺，传感器尺寸可以以毫米级甚至微米级，因此可以批量生产，且大大降低成本。随着技术的发展，MEMS加速度传感器的性能越来越好，精度也越来越高。MEMS芯片集成度也越来越高，不仅包含了传感器，还集成了高精度ADC和数据处理模块，功耗也降低到微安级别。

另外，本实用新型MEMS加速度传感器U2为KX126-1063,其原理框图5如示，数据最高可分辨0.06mg，数据采样率最高可达25KHZ，供电1.8V-3.3V，功耗小于200uA，完全满足本实用新型要求。

参见图6，本实用新型温度传感器J10型号为MCP9700A，该温度传感器功耗低，测量精度高。输出电压直接对应温度值，温度和电压关系是10mv/℃。输出模拟电压信号，可直接MCU的AD转换模块，通过采样的AD值可以换算出温度。

如图7所示，高性能低功耗MCU获取MEMS加速度传感器发送的数字信号，高性能低功耗MCU为处理器U4，处理器U4型号为STM32L432KBU6或STM32L432KB，本实用新型高性能低功耗MCU主要进行数据采集及数据处理，并将处理后的数值，DA转换输出给4-20mA环路电路，所选MCU最高主频可到80MHZ，并带浮点处理单元，工作电压在1.8V-3.6V，最高主频条件下，最大工作电流小于10mA。因该MCU主频高，带浮点处理单元，所以能够更高效的处理数据，运行更多的算法，以满足整个系统的要求。

如图8所示，处理器U4电连接有复位模块，复位模块与无线充电电路连接，用于进行处理器U4的程序复位。具体地，复位模块包括第五电容C5和第五电阻R5，第五电容C5的一端与处理器U4的4脚电连接，第五电容C5的另一端接地，第五电阻R5的一端与第五电容C5和处理器U4的4脚的结合点电连接，另一端与无线充电电路连接，如图9所示，处理器U4电连接有烧录接口J6，用户可通过烧录接口J6向处理器U4内烧录程序。

如图10所示，根据不同的应用，无线模块可以选择多种协议，比如Lora、Zigbee、WIFI，NB-Iot等协议，该模块主要是起到数据发送的作用，本实用新型选择WIFI模块U1，WIFI模块U1为USR-C322。

本实用新型的工作原理为：通过无线充电和电池供电，所有电路都密封在一个外壳中，MEMS加速度传感器内部除传感器外还集成了模拟放大电路、AD转换电路、DSP处理电路、FIFO和数字接口，供电后，当MEMS传感器振动时，振动数据会转换成数字信号，存储在FIFO中，MCU通过SPI高速接口读取数据，MCU获得数据后，进行滤波和数字算法得振动值，同时MCU判断振动状态，然后再控制MEMS芯片工作模式，再次获得数据，进行数据算法处理，最终获得准确的振动数值。同时MCU也会采样温度传感器值和电池电压，获得温度数据和电池电量。振动值，温度值，电池电量等数据通过无线模块发送出去。

本实用新型中设计的充电方式是采用无线充电，所以可以对传感器所有部件进行全密封，不需要留有接口或可以打开的盖子，可以做全密封设计，所有内部的电路可以和外部全绝缘和隔离。防护等级可以达到最高IP68，防爆等级也可以达到Ⅰ类等级。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种新型无线振动测量装置，其特征在于，包括：无线充电电路，无线充电电路为电池充电，无线充电电路的接收芯片采用XKT-R2；

MEMS加速度传感器，MEMS加速度传感器内部分别集成有模拟放大电路、AD转换电路、DSP处理电路、FIFO、数字接口，MEMS加速度传感器接收振动信号，并将振动信号转为数字信号，MEMS加速度传感器连接有显示输出电压温度值的温度传感器；

高性能低功耗MCU，高性能低功耗MCU获取MEMS加速度传感器发送的数字信号，高性能低功耗MCU将数字信号转化为振动位移数据后输出给4-20mA环路电路，4-20mA环路电路将振动位移数据转换为电流信号后通过无线模块输出；

无线充电电路输出的电压连接线性稳压芯片，性稳压芯片转换合适的电压分别为MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4-20mA环路电路、无线模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述线性稳压芯采用XC6206P252MR。

3.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述温度传感器型号为MCP9700A。

4.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述无线模块采用Lora或Zigbee或WIFI或NB-Iot协议。

5.根据权利要求4所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述无线模块采用WIFI，无线模块为USR-C322。

6.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述高性能低功耗MCU连接有复位模块，高性能低功耗MCU上设置有烧录接口。

7.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述4-20mA环路电路包含有环路发送器，环路发送器的型号为XTR117。

8.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述无线充电电路上设置有场效应管，场效应管采用AO3401A。

9.根据权利要求1所述的一种新型无线振动测量装置，其特征在于，所述MEMS加速度传感器、高性能低功耗MCU、4-20mA环路电路、无线模块供电、无线充电电路全封装于密封壳体。

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