CN217980406U - 一种无线温振传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢铁冶金领域，提供一种无线温振传感器，由温度感知模块和振动感知模块采集被测设备的温度信号和振动信号，由于温度感知模块和振动感知模块所采集的信号为模拟量信号，因此需要通过AD转换芯片将模拟量信号转换成数字量信号，再由AD转换芯片将数字量信号发送至微处理器，微处理器接收到数字量信号后进行计算并将计算值通过无线数据收发模块和天线发送至上位机系统，能够同时实现振动信号和温度信号的检测，且信号向外发送采用无线传输的形式，传感器内部通过锂亚电池供能，能够免除电缆的敷设以及电缆桥架的安装。

Description

一种无线温振传感器

技术领域

本申请涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种无线温振传感器。

背景技术

国内外的钢铁厂在进行作业时，所使用的绝大部分关键设备都是旋转设备，在技术不发达的前期，钢铁厂对关键设备的维护以定期检修为主，这种方式要么导致维修不足，要么导致过剩维护。

随着科学技术水平的进步和发展，对旋转设备的设备维护从定期检修转向预测性维护。在进行预测性维护时，基于振动信号和温度信号的设备故障预测技术是实现设备预测性维护功能的主要技术手段之一，因此旋转设备开始要求安装振动传感器和温度传感器。

目前工业现场对于振动信号和温度信号的检测主要通过有线式传感器来实现，且温度传感器和振动传感器大多是分开布置。而传感器要通过电缆把信号连接到低压配电室的PLC系统的IO模块，会导致传感器的电缆量较多，电缆桥架也会相应增多，从而会产生投资成本高的问题，同时电缆敷设、电缆桥架也会产生安装工作量巨大的问题。

实用新型内容

为了降低旋转设备状态信号在线监测的投资成本，减少电缆敷设和电缆桥架的安装工作量，本申请提供了一种无线温振传感器。

一种无线温振传感器，包括传感器外壳、振动感知模块、温度感知模块、传感器信号板、传感器电路主板和天线，所述振动感知模块、温度感知模块、传感器信号板、传感器电路主板和天线均位于所述传感器外壳内；

所述振动感知模块固定在所述传感器信号板的上表面；

所述温度感知模块包括一感温探头，位于所述传感器信号板的下表面，所述感温探头内嵌在所述传感器外壳的底部，贴近所述传感器外壳的底部外表面；

所述传感器电路主板布置在所述传感器信号板的上方，所述传感器电路主板与所述传感器信号板通过排针连接；

所述传感器电路主板包括PCB基板、无线数据收发模块和电子元器件；所述无线数据收发模块布置在所述PCB基板上部，与所述天线电性连接；所述电子元器件布置在PCB基板下部，所述电子元器件包括微控制器、AD转换芯片和仪表运算放大器。

可选的，所述传感器还包括一个上盖，所述传感器外壳的顶部开口；所述传感器外壳的外壁顶部和所述上盖的内壁底部分别设置相互咬合的螺纹。

可选的，所述传感器外壳底部开设一个凹槽，所述凹槽内安装一个磁块，所述磁块的外端面平齐于所述传感器外壳的底部外表面。

可选的，所述传感器信号板通过固定座固定在传感器壳体内；所述传感器信号板两侧分别开设固定孔，所述固定座共两个且其上均开设螺孔，所述固定孔和所述螺孔通过螺钉连接。

可选的，所述传感器还包括电池，所述电子元器件还包括LDO线性电源芯片；所述LDO线性电源芯片与所述排针、无线数据收发模块、电池以及其他所述电子元器件电性连接。

可选的，所述传感器外壳内部设置一个电池支撑板，所述电池支撑板与所述传感器电路主板连接，所述电池支撑板的上表面两侧分别设置一个立板，所述电池放置在两个所述立板之间，所述电池的侧部与所述立板接触。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种无线温振传感器，由温度感知模块和振动感知模块采集被测设备的温度信号和振动信号，由于温度感知模块和振动感知模块所采集的信号为模拟量信号，因此需要通过AD转换芯片将模拟量信号转换成数字量信号，再由AD转换芯片将数字量信号发送至微处理器，微处理器接收到数字量信号后进行计算并将计算值通过无线数据收发模块和天线发送至上位机系统，能够同时实现振动信号和温度信号的检测，且信号向外发送采用无线传输的形式，能够免除电缆的敷设以及电缆桥架的安装。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请一示例性实施例示出的无线温振传感器的结构示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的传感器电路主板的电路模块框图；

图3是本申请一示例性实施例示出的传感器电路主板的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的无线监测系统的一种电路模块框图；

图5是本申请一示例性实施例示出的无线监测系统的另一种电路模块框图；

图6是本申请一示例性实施例示出的周期性工作方法的流程示意图。

其中：

1、传感器外壳，2、上盖，3、振动感知模块，4、温度感知模块，5、磁块，6、传感器信号板，7、传感器电路主板，71、PCB基板，72、无线数据收发模块，73、微控制器，74、AD转换芯片，75、仪表运算放大器，76、LDO线性电源芯片，8、电池，9、天线，10、固定座，11、螺钉，12、电池支撑板，13、立板。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，本申请实施例第一方面提供一种无线温振传感器，所述传感器包括传感器外壳1、上盖2、振动感知模块3、温度感知模块4、磁块5、传感器信号板6、传感器电路主板7、电池8和天线9。

传感器外壳1采用不锈钢材质制得，呈顶部开口的圆柱体形状，其圆形壁厚为2～3mm，直径为25～50mm，外壳高度为50～100mm。

传感器外壳1的外壁顶部和上盖2的内壁底部分别设置相互咬合的螺纹，传感器外壳1和上盖2通过螺纹连接，能够实现上盖2的快速拆装。

传感器外壳1底部开设一个凹槽，磁块5安装在凹槽内，磁块5的外端面平齐于传感器外壳1的底部外表面，磁块5选用强磁性的材料制得，例如钕铁硼强磁铁，从而构成传感器的磁吸底座。凹槽和磁块5均为环形结构，磁吸底座方便所述传感器的现场安装，安装过程不需要打孔、攻螺纹，也方便维修时拆卸。

在本申请其他实施例中，凹槽和磁块5可为圆形或其他形状。

振动感知模块3焊接在传感器信号板6的上表面，以上两者电性连接，振动感知模块3采用MEMS加速度传感器或者压电加速度传感器等传感器，其具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高以及可测量被测物体的加速度等特点。

温度感知模块4包括一感温探头，感温探头内嵌在传感器外壳1的实心底部并与所述传感器信号板6电性连接，贴近传感器外壳1的底部外表面，传感器的底部贴合被测设备的表面，温度感知模块4能够快速的检测出被测设备的温度值。

传感器信号板6呈圆形，其直径比传感器外壳1的内径小2～3mm，通过固定座10固定在传感器壳体1内，传感器信号板6两侧分别开设固定孔，固定座10共两个且均开设螺孔，通过螺钉11穿过固定孔后拧入螺孔，将传感器信号板6固定在固定座10上。

传感器电路主板7呈圆形，布置在传感器信号板6的上方，其直径与传感器信号板6的直径相同，传感器电路主板7通过单排针或者双排针固定在传感器信号板6的排针母座上，排针的引脚间距优选为1.27mm。

图2为传感器电路主板的电路模块框图。

参见图2，传感器电路主板7包括信号调理电路、AD采集电路、微控制器、无线数据收发模块和电源管理电路。无线数据收发模块可以采用Lora模块、Zigbee模块或者NB-IOT模块。

图3为传感器电路主板的结构示意图。

参见图3，传感器电路主板7包括PCB基板71、无线数据收发模块72、电子元器件和线路等，所述线路用以电性连接各电子元器件和PCB基板71。无线数据收发模块72布置在PCB基板71上部，与天线9电性连接。PCB基板71下部布置电子元器件，例如：微处理器73(MCU)、AD转换芯片74、仪表运算放大器75和LDO线性电源芯片76；LDO线性电源芯片76与电池8电性连接，LDO线性电源芯片76通过电源管理电路将电压分配至各电子元器件和无线数据收发模块72，并通过排针和排针母座为传感器信号板6供电。

天线9由FPC材质的芯材和塑料外壳组成，FPC材质可以折叠，方便其成弧度布置。天线9隐藏于传感器外壳1内，相比于外设天线，其优点是所述传感器安装后，不会随意被外部物体或者人为因素损坏。

电池8采用不可充电的锂亚电池，例如ER26500电池，容量为9000mAh，体积为26mm*50mm。电池8为所述传感器工作供电，无需敷设电缆；参见图1，为了方便锂亚电池固定，传感器外壳1内部设置一个电池支撑板12，电池支撑板12与传感器电路主板7通过插针和插针座连接，能够很方便地拆装，电池支撑板12的上表面两侧分别设置一个立板13，锂亚电池放置在两个立板13之间，锂亚电池的侧部与立板13接触。

天线9布置于电池支撑板12的上表面，位于其中一个立板13的外侧。

传感器外壳1内部采用导热灌封胶进行灌封保护其内部电子部件，灌胶面覆盖传感器电路主板7，至平齐于电池支撑板12。导热灌封胶具有良好的导热性和阻燃性，低粘度，流平性好，固化形成柔软的橡胶状，抗冲击性好，附着力强，绝缘，防潮，抗震，抗氧化，抗漏电等性能，导热灌封胶可使传感器做到IP65以上的防护等级。

图4、5是无线监测系统的电路模块框图。

参见图4，本申请实施例还提供一种无线监测系统，所述系统用以监测旋转设备的温度值和振动加速度值，所述系统包括：

温度感知模块，用于采集被测设备的温度信号并将所述温度信号发送至信号调理电路；

振动感知模块，用于采集被测设备的振动信号并将所述振动信号发送至信号调理电路；

信号调理电路，用于接收所述温度信号和振动信号，对接收到的信号进行滤波和放大处理，再将处理后的信号发送至AD采集模块；

AD采集模块，用于接收所述处理后的信号并将其转换成数字信号，再将所述数字信号发送至微控制器；

微控制器，用于接收所述数字信号，并根据电压值和振动加速度值和温度值的线性关系，将所述数字信号转换成相应的加速度值和温度值，再将所述加速度值和温度值发送至无线数据收发模块；

无线数据收发模块，用于接收所述加速度值和温度值并将其发送给上位机系统。

振动感知模块可选用ADXL354型加速度芯片，其加速度量程是2g时，线性关系400mV/g，假设振动传感器的X轴电压值是600mv，对应加速度是1.5g；

参见图5，振动感知模块还可选用带数字量输出的MEMS加速度芯片，能够省去信号调理电路和AD采集模块，系统更简洁，成本更低，MEMS加速度芯片直接通过SPI接口或者I2C接口连接到微控制器的通讯接口，微控制器读取到MEMS加速度芯片的X轴、Y轴或者Z轴的数字量值，根据MEMS加速度芯片数据手册的数字量与加速度的线性关系，将所述数字量值转换成加速度值，例如ADXL355型加速度芯片，当量程是2g时，其线性关系是256000/g，假设X轴的数字量是128000，对应的加速度值是0.5g。

图6是本申请一示例性实施例示出的周期性工作方法的流程示意图。

参见图6，本申请实施例还提供一种无线监测系统的周期性工作方法，所述方法用以使所述传感器根据周期时间进行工作或者休眠，工作前，MCU的系统时钟、外设模块以及GPIO(通用输入与输出)的输入输出状态进行初始化配置，所述外设模块包括微控制器的串口、定时器、SPI通讯接口或者I2C通讯接口，所述方法包括：

S1：AD转换芯片将振动感知模块和温度感知模块采集的模拟量信号转换成数字量信号；所述MCU通过SPI总线或者I2C总线与所述AD转换芯片连接，获取所述数字量信号；

S2：所述MCU根据所述AD转换芯片的电压基准和位数，计算出振动信号的电压值，根据电压值与振动感知模块加速度的线性关系，计算出振动加速度值；同理，计算出温度值；

S3：按照无线传输协议格式将振动加速度值和温度值打包封装，然后所述MCU调用无线数据发送函数，将含有振动加速度值和温度值的第一数据包发送至无线数据收发模块；所述无线数据收发模块将所述第一数据包发送至无线网络的网关；所述网关将所述第一数据包发送至上位机系统；

所述通讯协议格式选用LoraWan的通讯协议格式或者其它无线方式的通讯协议格式。

S4：所述上位机系统将周期时间修改指令打包封装后发送至所述无线数据收发模块，所述MCU的主程序判断所述无线数据收发模块是否接收到含有周期时间修改指令的第二数据包，若是，则执行步骤S5；若否，则执行步骤S6；

S5：所述主程序对所述第二数据包进行数据处理，所述主程序将处理后得到的数据赋值给周期时间设定值T2；

所述数据处理为所述主程序对第二数据包按照无线传输协议格式进行解包。

S6：所述主程序将周期时间当前值T1清零，调用休眠指令，使所述MCU进入休眠状态；

S7：所述MCU进入休眠状态后，定时器中断保持工作状态，在定时中断函数中执行T1＝T1+1程序语句，判断T1是否等于T2，若是，则执行步骤S8；

S8：所述主程序调用唤醒指令，使所述MCU进入工作状态，执行步骤S1～S3。

本实施例中，所述MCU工作期间，所述无线数据收发模块还能用以接收所述上位机系统发出的周期时间修改指令，再将所述周期时间修改指令发送至所述MCU，所述MCU修改周期时间设定值T2，从而更改所述MCU的工作间隔，实现远程设置。本实施例将所述传感器的工作状态分为休眠模式和工作模式，当所述传感器处于休眠模式时，不进行振动信号和温度信号的采集以及无线信号的发送工作，所述MCU外设模块中的串口和通讯接口等也停止工作，能够降低电能消耗。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种无线温振传感器，由温度感知模块和振动感知模块采集被测设备的温度信号和振动信号，由于温度感知模块和振动感知模块所采集的信号为模拟量信号，因此需要通过AD转换芯片将模拟量信号转换成数字量信号，再由AD转换芯片将数字量信号发送至MCU，MCU接收到数字量信号后进行计算并将计算值通过无线数据收发模块发送至上位机系统，能够同时实现振动信号和温度信号的检测，且信号向外发送采用无线传输的形式，传感器内部通过锂亚电池供能，能够免除电缆的敷设以及电缆桥架的安装。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种无线温振传感器，包括传感器外壳(1)、振动感知模块(3)、温度感知模块(4)、传感器信号板(6)、传感器电路主板(7)和天线(9)，所述振动感知模块(3)、温度感知模块(4)、传感器信号板(6)、传感器电路主板(7)和天线(9)均位于所述传感器外壳(1)内，其特征在于：

所述振动感知模块(3)固定在所述传感器信号板(6)的上表面；

所述温度感知模块(4)包括一感温探头，位于所述传感器信号板(6)的下表面，所述感温探头内嵌在所述传感器外壳(1)的底部，贴近所述传感器外壳(1)的底部外表面；

所述传感器电路主板(7)布置在所述传感器信号板(6)的上方，所述传感器电路主板(7)与所述传感器信号板(6)通过排针连接；

所述传感器电路主板(7)包括PCB基板(71)、无线数据收发模块(72)和电子元器件；所述无线数据收发模块(72)布置在所述PCB基板(71)上部，与所述天线(9)电性连接；所述电子元器件布置在PCB基板(71)下部，所述电子元器件包括微控制器(73)、AD转换芯片(74)和仪表运算放大器(75)。

2.根据权利要求1所述的无线温振传感器，其特征在于，所述传感器还包括一个上盖(2)，所述传感器外壳(1)的顶部开口；所述传感器外壳(1)的外壁顶部和所述上盖(2)的内壁底部分别设置相互咬合的螺纹。

3.根据权利要求1所述的无线温振传感器，其特征在于，所述传感器外壳(1)底部开设一个凹槽，所述凹槽内安装一个磁块(5)，所述磁块(5)的外端面平齐于所述传感器外壳(1)的底部外表面。

4.根据权利要求1所述的无线温振传感器，其特征在于，所述传感器信号板(6)通过固定座(10)固定在传感器壳体(1)内；

所述传感器信号板(6)两侧分别开设固定孔，所述固定座(10)共两个且其上均开设螺孔，所述固定孔和所述螺孔通过螺钉(11)连接。

5.根据权利要求1所述的无线温振传感器，其特征在于，所述传感器还包括电池(8)，所述电子元器件还包括LDO线性电源芯片(76)；所述LDO线性电源芯片(76)与所述排针、无线数据收发模块(72)、电池(8)以及其他所述电子元器件电性连接。

6.根据权利要求5所述的无线温振传感器，其特征在于，所述传感器外壳(1)内部设置一个电池支撑板(12)，所述电池支撑板(12)与所述传感器电路主板(7)连接，所述电池支撑板(12)的上表面两侧分别设置一个立板(13)，所述电池(8)放置在两个所述立板(13)之间，所述电池(8)的侧部与所述立板(13)接触。

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