基于LC谐振的旋转部件健康监测系统及机车技术方案

基于LC谐振的旋转部件健康监测系统及机车，包括基于LC谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，基于LC谐振的无线无源传感器设置于的旋转部件上用于产生与旋转部件的工作参数相关的谐振频率信号，信号收发模块设置于的固定部上，信号收发模块与基于LC谐振的无线无源传感器电感耦合，信号收发模块用于向基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，并接收基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，将该回馈信号发送至控制器，控制器根据该回馈信号得出基于LC谐振的无线无源传感器的实时谐振频率，以得出旋转部件的工作参数。该基于LC谐振的健康监测系统能够较为容易地对旋转部件的健康状况进行监测。

Health monitoring system of rotating parts and locomotive based on LC resonance

【技术实现步骤摘要】
基于LC谐振的旋转部件健康监测系统及机车
本技术涉及旋转部件监测领域，尤其是一种基于LC谐振的旋转部件健康监测系统及机车。
技术介绍
旋转部件是机械装置中常用的部件，例如电机的转轴、车轮的转轴、齿轮的转轴、可旋转的叶片等，为了更稳定的工作，需要得到旋转部件的健康状态(例如表面应力、温度、加速度)反馈给控制部件，但是由于其工作状态处于一直处于旋转中，旋转部件在旋转中的健康状态的检测成为急需解决的问题。在车辆“预防周期性维修为主”向“状态维修为主”的维修模式转变大背景下，突破高速机车关键部件健康状态检测、监测与在线故障诊断技术，是提升高速机车安全保障能力的重要途径，是高速机车“状态修”修程修制设计研究的重点内容，也是高速机车智能化与持续发展的技术趋势。对机车故障特征识别目前主要是基于对关键旋转部件处温度、加速度和应变等的监测和分析实现的。现在对这三个物理量的测量是通过有线传感器进行测量的，具体方式有两种：(1)直接测量高速旋转部件：将传感器和相应的配套电路以有线方式连接并全部安装在高速旋转部件上，再通过无线传输实现供能和信号通信。该方案对整体电路的尺寸、性能、信号传输稳定性和可靠性提出了较高的要求，提高了设备设计制造的难度，增加了安装及后期的维护的工作量。(2)将传感器件安装在与目标部件相连接的静态部件上，通过测量静态部件的相关参数实现对关键目标部件的故障特征识别。该监测方案受限于传感器的位置，对于运动部件出现的故障很难进行准确的识别。以上方案都会增加机车轮轴监测的难度，或者影响获得数据的准确度，影响机车交通的安全。如何通过机车旋转部件的工作状态进行监测，以判断机车旋转部件的工作状态成为行业内的一个难题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种基于LC谐振的旋转部件健康监测系统及机车，该基于LC谐振的健康监测系统能够较为容易地对旋转部件的健康状况进行监测。本技术提供了一种基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，包括基于LC谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于LC谐振的无线无源传感器设置于的旋转部件上，用于产生与旋转部件的工作参数相关的谐振频率信号，所述信号收发模块设置于固定部上，所述信号收发模块与所述基于LC谐振的无线无源传感器电感耦合，所述信号收发模块用于向所述基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收所述基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，并将该回馈信号发送至所述控制器，所述控制器根据该回馈信号得出基于LC谐振的无线无源传感器的实时谐振频率，根据所述无线无源传感器的实时谐振频率得出所述旋转部件的工作参数。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括电容以及电感，所述电容串联电感，所述电容包括与工作参数相关的敏感器件，或者，所述电容连接与工作参数相关的敏感器件。进一步地，所述信号收发模块包括收发天线、信号调理电路、MCU、A/D转换器及数据接口，所述收发天线用于向所述基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收所述基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，所述信号调理电路将接到的所述含有频率信息的回馈信号进行滤波调理，所述A/D转换器对所述含有频率信息的回馈信号进行模数转换，然后在所述MCU的控制下，将模数转换后的信号经过数据接口发送至所述控制器。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括LC谐振传感器本体及保护层，所述保护层由柔性材料制成，并包覆于所述LC谐振传感器本体外。进一步地，所述基于LC谐振的旋转部件健康监测系统还包括隔磁材料层，所述隔磁材料层设置于所述旋转部件上，所述基于LC谐振的无线无源传感器设置于所述隔磁材料层上，隔离所述旋转部件以及基于LC谐振的无线无源传感器。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括LC谐振温度传感器、LC谐振应变传感器及LC谐振加速度传感器中的一种或多种。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括所述LC谐振温度传感器，所述LC谐振温度传感器包括串联成回路的第一电感线圈及第一电容，所述第一电容的两个极板间隔设置，在所述第一电容的两个极板之间设置有第一中间介电层，所述第一中间介电层为由温度敏感的电介电材料形成的第一中间介电层。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括所述LC谐振应变传感器，所述LC谐振应变传感器包括串联成回路的第二电感线圈及第二电容，在所述第二电容的两个极板之间还设置有第二介电层，在所述第二介电层中，还形成有空腔，所述空腔与所述第二电容的极板之间还设置有压力敏感薄膜。进一步地，所述基于LC电路的无线无源传感器包括所述LC谐振加速度传感器，所述LC谐振加速度传感器包括第三电感线圈及第三电容，所述第三电容包括第一极板、第二极板、质量块、第一弹簧、壳体及连接线，所述第一弹簧连接于所述质量块与壳体之间，所述第一极板设置于所述质量块上，所述第二极板固定于所述壳体上，所述第一极板与所述第二极板相对设置，所述第一弹簧的伸缩方向与所述第一极板及所述第二极板的板面所在的平面垂直，在所述第一弹簧的带动下，所述质量块发生运动以改变第一极板与所述第二极板之间的距离，所述连接线连接所述第一极板及所述第二极板，所述第二极板连接第三电感线圈以使所述第三电感线圈及所述第三电容串联成回路。进一步地，所述第三电容还包括第二弹簧及第三弹簧，所述第二弹簧及第三弹簧的伸缩方向与所述第一极板及所述第二极板的板面所在的平面平行，并分别从所述质量块的两侧连接于所述质量块与所述壳体之间，所述第一极板朝向所述第二极板方向的投影始终位于所述第二极板内。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括串联成回路的电感线圈及电容，所述电感线圈呈平面螺旋状布设，所述电容设置于所述平面螺旋状电感线圈的中心处，所述电容的极板所在的平面与所述基于LC谐振的无线无源传感器的延伸方向平行。进一步地，所述基于LC谐振的无线无源传感器包括串联成回路的电感线圈及电容，当所述基于LC谐振的无线无源传感器呈圆筒状时，所述电感线圈绕设于圆筒状的所述基于LC谐振的无线无源传感器上。进一步地，所述LC谐振温度传感器的谐振频率被设置为在第一频率区间发生变化，所述LC谐振应变传感器的谐振频率被设置为在第二频率区间发生变化，所述LC谐振加速度传感器的谐振频率被设置为在第三频率区间发生变化，所述第一频率区间、所述第二频率区间及所述第三频率区间不产生交集。本技术还提供了一种，包括上述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统。综上所述，在本技术中，通过将信号收发模块设置于的固定部上，将基于LC谐振的无线无源传感器设置于的旋转部件上，在进行旋转部件工作参数监测时，信号收发模块用于向基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的信号，由于基于LC谐振的无线无源传感器的谐振频率会随着旋转部件的工作参数的变化而变化，因此，通过对接收到的含有频率信息的信号进行分析，即可得知本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：包括基于LC谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于LC谐振的无线无源传感器设置于旋转部件上，用于产生与旋转部件的工作参数相关的谐振频率信号，所述信号收发模块设置于固定部上，所述信号收发模块与所述基于LC谐振的无线无源传感器电感耦合，所述信号收发模块用于向所述基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收所述基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，并将该回馈信号发送至所述控制器，所述控制器根据该回馈信号得出基于LC谐振的无线无源传感器的实时谐振频率，根据所述无线无源传感器的实时谐振频率得出所述旋转部件的工作参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：包括基于LC谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于LC谐振的无线无源传感器设置于旋转部件上，用于产生与旋转部件的工作参数相关的谐振频率信号，所述信号收发模块设置于固定部上，所述信号收发模块与所述基于LC谐振的无线无源传感器电感耦合，所述信号收发模块用于向所述基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收所述基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，并将该回馈信号发送至所述控制器，所述控制器根据该回馈信号得出基于LC谐振的无线无源传感器的实时谐振频率，根据所述无线无源传感器的实时谐振频率得出所述旋转部件的工作参数。


2.如权利要求1所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于LC谐振的无线无源传感器包括电容以及电感，所述电容串联电感，所述电容包括与工作参数相关的敏感器件，或者，所述电容连接与工作参数相关的敏感器件。


3.如权利要求1所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述信号收发模块包括收发天线、信号调理电路、MCU、A/D转换器及数据接口，所述收发天线用于向所述基于LC谐振的无线无源传感器发射扫频信号，以及接收所述基于LC谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，所述信号调理电路将接到的所述含有频率信息的回馈信号进行滤波调理，所述A/D转换器对所述含有频率信息的回馈信号进行模数转换，然后在所述MCU的控制下，将模数转换后的信号经过数据接口发送至所述控制器。


4.如权利要求1所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于LC谐振的无线无源传感器包括LC谐振传感器本体及保护层，所述保护层由柔性材料制成，并包覆于所述LC谐振传感器本体外。


5.如权利要求4所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于LC谐振的旋转部件健康监测系统还包括隔磁材料层，所述隔磁材料层设置于所述旋转部件上，所述基于LC谐振的无线无源传感器设置于所述隔磁材料层上，隔离所述旋转部件以及基于LC谐振的无线无源传感器。


6.如权利要求1所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于LC谐振的无线无源传感器包括LC谐振温度传感器、LC谐振应变传感器及LC谐振加速度传感器中的一种或多种。


7.如权利要求6所述的基于LC谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于LC谐振的无线无源传感器包括所述LC谐振温度传感器，所述LC谐振温度传感器包括串联成回路的第一电感线圈及第一电容，所述第一电容的两个极板间隔设置，在所述第一电容的两个极板之间设置有第一中间介电层，所述第一中间介电层为由温度敏感的电介电材料形成的第一中间介电层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭东，薛振宇，付从艺，袁沛，陈晨，李炳辉，
申请(专利权)人：浙江荷清柔性电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33