高速三轴加速度无线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及机械振动无线监测系统，具体是一种高速三轴加速度无线监测系统。本发明专利技术解决了现有机械振动无线监测系统采样频率不足、采样精度低、采样数据存储容量小的问题。高速三轴加速度无线监测系统，包括一个监测基站和若干个簇；所述监测基站包括计算机和数据收发单元；所述簇包括一个簇头节点和若干个与簇头节点交互连接的传感器节点；各个簇头节点均通过数据收发单元与计算机交互连接。本发明专利技术适用于各种机械设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械振动无线监测系统，具体是一种高速三轴加速度无线监测系统。
技术介绍
随着科技的进步和工业化大生产的发展，大型机械设备的复杂程度、精密程度及自动化程度越来越高，随之而来的设备可靠性、可用性、可维修性和安全性的问题日益突出。为了解决上述问题，目前广泛采用的方法是:通过机械振动监测系统来采集机械设备的振动信号，并依据机械设备的振动信号对其进行故障诊断。现有的机械振动监测系统按照其通信方式主要分为两种:一种是机械振动有线监测系统，另一种是机械振动无线监测系统。实践表明，机械振动有线监测系统由于自身结构所限，普遍存在连线布线繁琐复杂、电缆易损毁、费时费工、可维护性差、缺少灵活性、成本高、适用范围受限(不适用于移动和旋转的机械设备)的问题。机械振动无线监测系统虽然能够克服机械振动有线监测系统存在的诸多问题，但其由于自身结构所限，仍然存在采样频率不足(无法采集频率为1KHZ以上的振动信号)、采样精度低、采样数据存储容量小的问题。基于此，有必要专利技术一种全新的机械振动无线监测系统，以解决现有机械振动无线监测系统存在的上述问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有机械振动无线监测系统采样频率不足、采样精度低、采样数据存储容量小的问题，提供了一种高速三轴加速度无线监测系统。本专利技术是采用如下技术方案实现的:高速三轴加速度无线监测系统，包括一个监测基站和若干个簇； 所述监测基站包括计算机和数据收发单元； 所述簇包括一个簇头节点和若干个与簇头节点交互连接的传感器节点； 各个簇头节点均通过数据收发单元与计算机交互连接。工作时，各个传感器节点通过粘结或者磁铁吸附安装在被测机械设备上。具体工作过程如下:首先，各个传感器节点在数据采集时段同步高速采集被测机械设备的振动信号，并对采集到的振动信号进行预处理，然后将预处理结果暂存至本地大容量存储模块中，并在两次数据采集时段的间隔期将暂存的预处理结果发送至各个簇头节点。然后，各个簇头节点对接收到的预处理结果进行融合和压缩，并通过数据收发单元将融合和压缩后的预处理结果发送至计算机。最后，计算机基于数据处理软件对接收到的预处理结果进行进一步处理，并对处理结果进行显示，同时根据处理结果对被测机械设备进行状态监测和故障诊断。基于上述过程，与现有机械振动无线监测系统相比，本专利技术所述的高速三轴加速度无线监测系统通过采用模块化结构，并通过将三个独立的单轴高速、高精度加速度传感器集成为具有数据压缩功能和大容量存储模块的传感器节点，实现了三轴正交、同步数据采集，由此实现了对机械设备的高频振动信号(频率不低于10KHZ的振动信号)的采集、处理、收发，从而具备了采样频率足、采样精度高、采样数据存储容量大的优点。本专利技术有效解决了现有机械振动无线监测系统采样频率不足、采样精度低、采样数据存储容量小的问题，适用于各种机械设备。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的传感器节点的结构示意图。图3是本专利技术的壳体的结构示意图。图4是本专利技术的顶盖的结构示意图。图5是本专利技术的三个芯片组的结构示意图。图中:1-监测基站，2-簇，3-簇头节点，4-传感器节点，5-三轴传感器模块，6-信号采集模块，7-片上系统，8-存储模块，9-电源模块，10-壳体，11-顶盖，12-电路板，13-单轴加速度传感器，14-抗混叠低通滤波电路，15-模数转换器，16-可充电锂电池，17-电源管理单元。【具体实施方式】高速三轴加速度无线监测系统，包括一个监测基站1和若干个簇2 ; 所述监测基站1包括计算机和数据收发单元； 所述簇2包括一个簇头节点3和若干个与簇头节点3交互连接的传感器节点4 ; 各个簇头节点3均通过数据收发单元与计算机交互连接。所述传感器节点4包括三轴传感器模块5、信号采集模块6、片上系统7、存储模块8、电源模块9 ； 所述三轴传感器模块5包括壳体10、顶盖11、三个芯片组；所述芯片组包括电路板12和安装于电路板12上的单轴加速度传感器13 ;壳体10的上端设有敞口 ；顶盖11封装于壳体10的上端敞口上；三个芯片组正交组合为一体，且三个芯片组固定于壳体10的内腔；所述信号采集模块6包括三个抗混叠低通滤波电路14、模数转换器15 ;三个抗混叠低通滤波电路14的输入端分别与三个单轴加速度传感器13的输出端连接；模数转换器15的输入端分别与三个抗混叠低通滤波电路14的输出端连接； 片上系统7与模数转换器15交互连接； 存储模块8分别与片上系统7和簇头节点3交互连接； 所述电源模块9包括可充电锂电池16、电源管理单元17 ;电源管理单元17的供电输入端与可充电锂电池16的供电输出端连接；电源管理单元17的供电输出端分别与三个单轴加速度传感器13的供电输入端、三个抗混叠低通滤波电路14的供电输入端、模数转换器15的供电输入端、片上系统7的供电输入端连接。工作时，三个单轴加速度传感器同步高速采集被测机械设备的X、Y、Z三个轴向的振动信号，并将采集到的振动信号转换为电压信号，然后将电压信号发送至三个抗混叠低通滤波电路。三个抗混叠低通滤波电路对接收到的电压信号进行滤波，并将滤波后的电压信号发送至模数转换器。模数转换器将接收到的电压信号转换为数字信号，并将数字信号发送至片上系统。片上系统对接收到的数字信号进行处理，并将处理后的数字信号发送至存储模块。存储模块对接收到的数字信号进行存储，并将接收到的数字信号发送至簇头节点。在此过程中，可充电锂电池通过电源管理单元对三个单轴加速度传感器、三个抗混叠低通滤波电路、模数转换器、片上系统进行供电。三个芯片组通过刚性粘结剂粘结固定于壳体10的内腔；壳体10的腔壁贯通开设有三个走线孔；顶盖11通过钨极氩弧焊焊接封装于壳体10的上端敞口上；顶盖11的下表面设有方形凸台；三个抗混叠低通滤波电路14的输入端分别通过三根屏蔽线缆与三个单轴加速度传感器13的输出端连接，且三根屏蔽线缆分别贯穿三个走线孔；片上系统7通过SPI接口与模数转换器15交互连接；存储模块8通过SPI接口与片上系统7交互连接。工作时，顶盖下表面的方形凸台能够将三个芯片组安装后剩余的空间密封住，由此增强三轴传感器模块的整体稳定性。具体实施时，所述片上系统7采用CC2530片上系统；所述存储模块8采用2GMicro SD卡；所述壳体10采用厚度为1mm的不锈钢壳体；所述顶盖11采用厚度为1mm的不锈钢顶盖；所述电路板12采用厚度为1.6mm的双层PCB电路板；所述单轴加速度传感器13采用ADXL001 MEMS测振加速度传感器；所述抗混叠低通滤波电路14采用压控型二阶有源低通滤波器；所述模数转换器15采用ADS8344八通道模数转换器。【主权项】1.一种高速三轴加速度无线监测系统，其特征在于:包括一个监测基站(1)和若干个簇⑵； 所述监测基站(1)包括计算机和数据收发单元； 所述簇(2)包括一个簇头节点(3)和若干个与簇头节点(3)交互连接的传感器节点(4)； 各个簇头节点(3)均通过数据收发单元与计算机交互连接。2.根据权利要求1所述的高速三轴加速度无线监测系统，其特征在于: 所述传感器节点(4)包括三轴传感器模块(5)、信号采集模块(6)、片上系统(7)、存储模块(8)、电源模块(9)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速三轴加速度无线监测系统，其特征在于：包括一个监测基站（1）和若干个簇（2）；所述监测基站（1）包括计算机和数据收发单元；所述簇（2）包括一个簇头节点（3）和若干个与簇头节点（3）交互连接的传感器节点（4）；各个簇头节点（3）均通过数据收发单元与计算机交互连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武兵，林健，刘冬明，熊晓燕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14