CN220358978U - 一种智能化电机振动处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能化电机振动处理系统，包括：振动传感器，用于对电机的振动状态进行检测，并输出模拟信号；信号调理模块，用于对所述振动传感器输入的模拟信号进行处理，以得到电压信号；微控制器，用于对所述信号调理模块输出的电压信号进行实时采集，并对电压信号进行处理，以得到处理数据；无线通讯模块，用于将所述微控制器输出的处理数据无线传输至控制中心服务器；电池模块，分别与所述振动传感器、信号调理模块、微控制器和无线通讯模块电连接。本实用新型可以实现对电机振动的在线监测、预警和诊断，可以实现对电机状态的健康管理和预测性维护。

Description

一种智能化电机振动处理系统

技术领域

本实用新型涉及测试测量技术领域，具体地说，涉及一种智能化电机振动处理系统。

背景技术

电机是现代工业生产中的重要电气设备，是现代工业生产的重要物质和技术基础，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各个行业。各种电机设备的技术水平和运行状况是影响一个工业企业各项经济技术指标的重要因素，电机故障会对企业生产运营造成严重影响。

一般说来，电机故障约有60％-70％是通过振动和由振动辐射出的噪声反映出来的，目前，针对电机的振动监测主要有两种方法：

第一种为离线式监测。主要是依靠经验丰富的巡检人员定期携带各类手持式仪表对电机的工作状态进行检测。此类检测方法周期固定，检修成本也比较高，不能对电机的实际运行情况进行准确分析。同时，检修过程还需要设备停机，也使得电机的利用率有所缩减。

第二种为在线振动监测。主要针对大型或特殊机组设计，功能相对单一，部署繁琐，成本居高不下，主要应用在设备价格昂贵、维修费用高、维修周期长、停机影响大的工业现场核心设备和区域。另外，传统振动监测设备信息化和智能化程度低，不能及时发现并诊断故障，无法精确指导设备的精细化检修。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能化电机振动处理系统，振动传感器对电机的振动状态进行实时感知，利用低功耗微控制器实时采集和处理振动数据，然后利用无线网络将处理后的特征数据传输至服务器端，实现对电机振动的在线监测、预警和诊断，可以实现对电机状态的健康管理和预测性维护。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种智能化电机振动处理系统，包括：

振动传感器，用于对电机的振动状态进行检测，并输出模拟信号；

信号调理模块，用于对所述振动传感器输入的模拟信号进行处理，以得到电压信号；

微控制器，用于对所述信号调理模块输出的电压信号进行实时采集，并对电压信号进行处理，以得到处理数据；

无线通讯模块，用于将所述微控制器输出的处理数据无线传输至控制中心服务器；

电池模块，分别与所述振动传感器、信号调理模块、微控制器和无线通讯模块电连接。

在一优选的实施例中，所述振动传感器采用ADI的三轴振动传感器ADXL326。

在一优选的实施例中，所述电池模块采用电量为2200mAh的18650锂电池。

在一优选的实施例中，所述振动传感器通过电路板固定在磁铁座上，所述磁铁座与电机外壳连接。

在一优选的实施例中，所述信号调理模块包括：

低通滤波器；

第一电阻，与所述低通滤波器电连接；

第二电阻，与所述第一电阻和低通滤波器电连接；

第三电阻，与所述低通滤波器和第二电阻电连接；

第二电容，与所述第二电阻和第三电阻电连接。

在一优选的实施例中，所述低通滤波器包括：

运算放大器，负极与所述第一电阻电连接，且第一端口与所述第三电阻电连接；

第一电容，分别与所述运算放大器的第一端口和第二端口连接。

本实用新型的上述方案至少包括以下有益效果：

本实用新型的上述方案，通过振动传感器对电机的振动状态进行实时感知，利用低功耗微控制器实时采集和处理振动数据，然后利用无线网络将处理后的特征数据传输至服务器端，实现对电机振动的在线监测、预警和诊断，可以实现对电机状态的健康管理和预测性维护。

附图说明

图1是本实用新型智能化电机振动处理系统的电路图。

图2是本实用智能化电机振动在线监测与诊断系统关系示意图。

图3是本实用智能化电机振动在线监测与诊断系统的信号调理模块示意图。

图中：1、振动传感器；2、信号调理模块；3、微控制器；4、无线通讯模块；5、电池模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种智能化电机振动处理系统，包括：

振动传感器1，用于对电机的振动状态进行检测，并输出模拟信号；

信号调理模块2，用于对所述振动传感器输入的模拟信号进行处理，以得到电压信号；

微控制器3，利用其内置模数转换器，对所述信号调理模块输出的电压信号进行实时采集，同时对采集后的电压信号进行实时处理，以得到处理后的振动特征数据；

无线通讯模块4，用于将所述微控制器输出的处理数据无线传输至控制中心服务器；

电池模块5，分别与所述振动传感器、信号调理模块、微控制器和无线通讯模块电连接。

在本实用新型中，所述振动传感器用于实时感知电机的振动状态，将振动信号转换为模拟电信号输出给信号调理模块进行后续处理。所述信号调理模块对振动信号进行放大、滤波等信号处理，最终输出符合微控制器输入信号范围的电压信号。所述微控制器内置模数转换器，用于对信号调理后的振动电压进行采集和数字化处理，将处理后的特征数据传输至无线通讯模块。所述无线通讯模块将处理数据通过无线网络传输至服务器端，便于服务器进行监测、分析、预测与报警处理。所述电池模块为振动传感器、信号调理模块、微控制器和无线通讯模块供电，保证整个系统的正常运行，同时也提高了系统的便携性及使用灵活性。因此，智能化电机振动处理系统利用振动传感器进行实时感知，通过信号调理模块对振动信号进行处理，然后利用低功耗微控制器实时采集和处理振动数据，最终利用无线通讯模块将处理后的特征数据传输至服务器端，完成对电机振动状态的在线监测、预警和诊断，同时，服务器端结合历史数据，可以实现对电机状态的健康管理和预测性维护。

需要说明的是，通过采用振动传感器对电机的振动状态进行实时感知，利用低功耗微控制器实时采集和处理振动数据，然后利用无线网络将处理后的特征数据传输至服务器端，实现对电机振动的在线监测、预警和诊断，同时，服务器端利用电机振动的长期历史数据，可以实现对电机状态的健康管理和预测性维护。

如图1至图3所示，所说振动传感器为MEMS振动传感器，用于对电机的振动状态进行实时感知，MEMS振动传感器通过电路板固定在磁铁座上，磁铁座则与电机外壳刚性连接固定，此时电机的振动会准确传递到MEMS振动传感器上，由于MEMS振动传感器体积小、重量轻，因此可以充分与电机结构体进行耦合，保证振动信号传输的完整性。所述的MEMS振动传感器采用ADI的三轴振动传感器ADXL326，可以实时感知电机X、Y、Z三个方向的振动状态；所述的信号调理模块由低功耗运算放大器OPA2347作为主要器件构成的增益为2的同向放大器；所述的微控制为32位，32MHz低功耗微处理器STM32FL031K6T6，正常工作状态下电流约76uA/MHz；所述的无线通讯模块采用低功耗NB-IoT，低功耗模式下工作电流低至5uA；所述的电池模块采用电量为2200mAh的18650锂电池，可以为电机振动在线监测系统提供长期的供电电源。

如图1至图3所示，将多路MEMS振动传感器固定在电机机壳相应监测点，电机振动在线监测与诊断模块就近安装在电机壳体表面或附近位置。振动监测数据通过NB-IoT通讯方式与控制中心服务器完成数据交互。由于该系统采用电池供电，同时数据通讯采用无线传输方式，因此不需要布置额外的电源及通讯线缆，大大简化了现场安装和部署。

使用前，根据测试对象和测试任务需求，通过控制中心服务器对电机振动在线监测和诊断系统进行参数配置，待初始化配置完成后，启动采集任务，即可开始振动数据的采集、存储和分析等。通过将电机振动数据的特征参数与设定值进行比较，来快速确定设备当前处于正常、异常还是故障状态。设备一旦出现异常或故障，控制中心服务器及时报警通知运行管理人员进行设备维护。另外，控制中心服务器利用存储的设备长期运行数据，可以获得设备的状态变化规律，预测设备的运行发展趋势，帮助运维人员查找故障原因，为设备的科学检修提供有力支撑。

本实用新型属于测试测量技术领域，具体涉及一种智能化电机振动在线监测与诊断系统。具体实现方法为：采用MEMS振动传感器对电机的振动状态进行实时感知，利用低功耗微控制器实时采集和处理振动数据，然后利用低功耗无线网络将处理后的特征数据传输至控制中心服务器，实现对电机振动的在线监测、预警和诊断。

本实用新型结构小巧，成本低廉，相较于传统在线振动监测系统，具有更强的通用性和实用性，可以应用于中小型电机的振动在线监测及预警。另外，系统采用了低功耗设计方案，利用电池供电和无线通讯，大大简化了现场安装和部署，非常适合于电机狭小的空间。该系统具备在线振动监测功能，可以对电机运行状态进行实时监控，及时发现可能的故障，提高电机的运行效率，延长使用寿命。结合控制中心服务器中的长期运行数据，可以获得设备的状态变化规律，对设备的健康状态进行实时评估，为设备的全寿命周期管理打下坚实的基础。

如图1至图3所示，所述信号调理模块2包括：

低通滤波器，所述低通滤波器包括：运算放大器21，负极与所述第一电阻电连接，且第一端口与所述第三电阻电连接；

第一电容24，分别与所述运算放大器的第一端口和第二端口连接；

第一电阻25，与所述低通滤波器电连接；

第二电阻23，与所述第一电阻和低通滤波器电连接；

第三电阻22，与所述低通滤波器和第二电阻电连接；

第二电容26，与所述第二电阻和第三电阻电连接。

在本实用新型中，所述运算放大器21在电路中起放大作用，可以将微弱的信号放大到一定的幅度，方便后续处理，负极与第一电阻电连接，第一端口与第三电阻电连接，这种连接方式可以实现对信号的放大调节。所述第一电容24与运算放大器的第一端口和第二端口连接，第一电容24在电路中可以起到低通滤波作用，避免直流信号对数据处理的影响。所述第一电阻25与低通滤波器电连接，所述第一电阻25在电路中起增益放大作用，通过改变阻值大小，从而影响信号的放大倍数。电阻22与电容26构成反馈环内部的低通滤波，对放大后的信号进行带宽限制，滤除截止频率以外的噪声信号。这个低通滤波器主要是通过电阻和电容的配合，将高于一定频率的信号滤掉，只让低频信号通过，从而达到对信号的调节和处理的目的。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能化电机振动处理系统，其特征在于，包括：

振动传感器，用于对电机的振动状态进行检测，并输出模拟信号；

信号调理模块，用于对所述振动传感器输入的模拟信号进行处理，以得到电压信号；

微控制器，内置模数转换器，用于对所述信号调理模块输出的电压信号进行实时采集，同时对采集后的电压信号进行实时处理，以得到处理后的振动特征数据；

无线通讯模块，用于将所述微控制器输出的处理数据无线传输至控制中心服务器；

电池模块，分别与所述振动传感器、信号调理模块、微控制器和无线通讯模块电连接。

2.根据权利要求1所述的智能化电机振动处理系统，其特征在于，所述振动传感器采用ADI的三轴振动传感器ADXL326。

3.根据权利要求2所述的智能化电机振动处理系统，其特征在于，所述电池模块采用电量为2200mAh的18650锂电池。

4.根据权利要求3所述的智能化电机振动处理系统，其特征在于，所述振动传感器通过电路板固定在磁铁座上，所述磁铁座与电机外壳连接。

5.根据权利要求4所述的智能化电机振动处理系统，其特征在于，所述信号调理模块包括：

低通滤波器；

第一电阻，与所述低通滤波器电连接；

第二电阻，与所述第一电阻和低通滤波器电连接；

第三电阻，与所述低通滤波器和第二电阻电连接；

第二电容，与所述第二电阻和第三电阻电连接。

6.根据权利要求5所述的智能化电机振动处理系统，其特征在于，所述低通滤波器包括：

运算放大器，负极与所述第一电阻电连接，且第一端口与所述第三电阻电连接；

第一电容，分别与所述运算放大器的第一端口和第二端口连接。