基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统及机车技术方案

基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统及机车，包括基于SAW谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，基于SAW谐振的无线无源传感器设置于旋转部件上，信号收发模块设置于固定部上，信号收发模块与基于SAW谐振的无线无源传感器电磁耦合，信号收发模块用于向基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收基于SAW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控制器，控制器根据该回馈信号得出基于SAW谐振的无线无源传感器的实时谐振频率，根据无线无源传感器的实时谐振频率得出旋转部件的工作参数。该基于SAW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 saw resonance

【技术实现步骤摘要】
基于SAW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SAW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SAW谐振的旋转部件健康监测系统及机车，该基于SAW谐振的机车健康监测系统能够较为容易地对机车旋转部件的健康状况进行监测。本技术提供了一种基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统，包括基于SAW谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于SAW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SAW谐振的无线无源传感器电磁耦合，所述信号收发模块用于向所述基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收所述基于SAW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SAW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，所述信号收发模块包括第一收发天线、信号调理电路、MCU、A/D转换器及数据接口，所述第一收发天线用于向所述基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收所述基于SAW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SAW谐振的无线无源传感器包括SAW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SAW谐振传感器本体外。进一步地，所述基于SAW谐振的无线无源传感器呈筒状或片状设置。进一步地，所述基于SAW谐振的无线无源传感器包括SAW谐振温度传感器、SAW谐振应变传感器及SAW谐振加速度传感器中的一种或多种。进一步地，所述基于SAW谐振的无线无源传感器包括所述SAW谐振温度传感器和/或所述SAW谐振应变传感器，所述SAW谐振温度传感器及所述SAW谐振应变传感器均包括第一基板、第一叉指换能器、第一反射栅及第二收发天线，所述第一叉指换能器及所述第一反射栅设置于所述第一基板上，所述第二收发天线与所述第一叉指换能器相连。进一步地，所述基于SAW谐振的无线无源传感器包括所述SAW谐振加速度传感器，所述SAW谐振加速度传感器包括支撑座、第二基体、第二叉指换能器、第二反射栅、第三收发天线及质量块，所述支撑座设置于所述旋转部件上，所述第二基体的一端固定于所述支撑座上，另一端悬空设置，所述质量块设置于所述第二基体的悬空端上，所述第二叉指换能器及所述第二反射栅形成于所述第二基体上，所述第三收发天线与所述第二叉指换能器相连。进一步地，所述SAW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SAW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SAW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。进一步地，所述基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统还包括固定盒体，所述固定盒体固定于车厢底部，所述信号调理电路、所述MCU、所述A/D转换器及所述数据接口设置于所述固定盒体内。本技术还提供了一种机车，包括上述的基于SAW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固定部上，将基于SAW谐振的无线无源传感器设置于旋转部件上，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SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收基于SAW谐振的无线无源传感器反馈的含有频率信息的回馈信号，由于基于SAW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，即可得知基于SAW谐振的无线无源传感器的谐振频率，继而得出旋转部件的工作参数。因此，该健康检测系统可以在旋转部件上仅设置基于磁致伸缩的无线无源传感器，不需要再增加任何零部件，即可得知旋转部件在运动时的工作参数，安装简便、成本低、且检测结果较为准确。上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1所示为本技术第一实施例提供的基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统的系统框图。图2所示为图1中基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统安装于旋转部件上的结构示意图。图3所示为图1中基于SAW谐振的无线无源传感器的结构示意图。图4所示为图1中SAW谐振温度传感器及SAW谐振应变传感器的结构示意图。图5所示为图1中SAW谐振加速度传感器的结构示意图。图6所示为本技术第二实施例中基于SAW谐振的无线无源传感器的结构示意图。图7所示为本技术第三实施例中基于SAW谐振的机车旋转部件健康监测系统安装于旋转部件上的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段及功效，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：包括基于SAW谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于SAW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SAW谐振的无线无源传感器电磁耦合，所述信号收发模块用于向所述基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收所述基于SAW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SAW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SAW谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：包括基于SAW谐振的无线无源传感器、信号收发模块及控制器，所述基于SAW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SAW谐振的无线无源传感器电磁耦合，所述信号收发模块用于向所述基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收所述基于SAW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SAW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SAW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第一收发天线、信号调理电路、MCU、A/D转换器及数据接口，所述第一收发天线用于向所述基于SAW谐振的无线无源传感器发射激励信号，以及接收所述基于SAW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。


3.如权利要求1所述的基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于SAW谐振的无线无源传感器包括SAW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SAW谐振传感器本体外。


4.如权利要求3所述的基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于SAW谐振的无线无源传感器呈筒状或片状设置。


5.如权利要求1所述的基于SAW谐振的旋转部件健康监测系统，其特征在于：所述基于SAW谐振的无线无源传感器包括SAW谐振温度传感器、SAW谐振...

【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