一种用于振动监测的无线加速度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于振动监测的无线加速度传感器，由硬件和软件两部分构成；其特征在于，硬件包含控制电路板、传感器壳体、压电式加速度传感器、强力磁座、锂电池组和天线；软件的编制采用分层设计，分为网络层、媒体访问控制层和物理层。本发明专利技术的设计方案具有结构轻巧、组装方便的特点，易于实现批量化生产和大范围布点。采用上述的软件系统设计，可以大大降低传感器的功耗，提高传感器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于振动监测的无线加速度传感器
本专利技术涉及传感器
，具体地说，是一种用于振动监测的无线加速度传感器。
技术介绍
在当今竞争日益激烈的市场上，企业面临提高工艺环节效率，遵守环保法规和满足自身经济利益的挑战日趋严峻。考虑到许多工业系统日益老化，以及工业市场的动态变化，亟需智能化、低成本的工业自动化系统来提高这些系统的效率和生产力。传统的工业自动化系统依靠电缆连接来实现。然而，有线自动化系统需要安装昂贵的通信线路，并需要定期维护。因而，有线自动化系统并未在工业上得到广泛的应用。所以，迫切需要一种低成本的无线自动化系统，它可以通过优化工厂系统的管理，进而达到显著降低开支和减少空气污染物排放的目的。随着现阶段无线传感器技术上的进步，低成本嵌入式的工业无线自动化系统的实现已经成为了可能。在这些系统中，微小的无线传感器安装在工业设备之上，结合对诸如振动、温度、压力和电源质量等参数的综合检测，来监控对于每台设备的效率都至关重要的参数。之后，这些参数将通过无线的方式传送到中心节点，以便分析各个传感器的数据。它作为一种预警系统，将任何潜在的问题都通知到工厂员工。这就允许相关人员在设备效率降低或彻底失效之前维修或更换设备。用这种方式，就可以避免灾难性的设备失效及相关的修理和替换费用，同时也适应了严格的环境法规。本专利技术是一种无线加速度传感器原理与装置。它集合了传感器技术、射频技术、网络技术和工业应用技术，具有自组织，快速布置，灵活和内在的智能处理能力。考虑到这些，本专利技术将在制造高可靠和具有自我恢复能力的工业监测系统上扮演重要角色。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于振动监测的无线加速度传感器；其具有灵活、低功耗、嵌入数据处理能力等特点。同时，它又和用于工业振动监测的有线式加速度传感器具有相同的高频响、高精度等特点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的—种用于振动监测的无线加速度传感器，由硬件和软件两部分构成；其通知在于，硬件包含控制电路板、无线加速度传感器壳体、压电式加速度传感器、强力磁座、锂电池组和天线。软件的编制采用分层设计，分为网络层、媒体访问控制层和物理层。所述的控制电路板位于无线加速度传感器壳体的隔板、连接筒和底座构成的空腔内。锂电池组位于传感器壳体端盖和隔板构成的空腔内。端盖与隔板采用螺纹连接。锂电池组通过隔板上的过孔给控制电路供电。隔板与连接筒采用过盈配合连接在一起，待组装完毕后再焊接到一起。天线通过螺母固定在连接筒上，并与控制电路相连。连接筒与底座 通过过盈配合连接，装配完毕后再焊接。底座与压电式加速度传感器通过的螺纹连接，装配完毕后再焊接。压电式加速度传感器2与强力磁座3通过螺纹连接。详细连接参见附图I。所述的控制电路板完成模拟加速度信号的模数转换，预处理数字加速度信息，并将处理结果通过射频电路转发给后续接收装置。控制电路由供电电路、微控制器工作电路和射频电路组成。供电电路将外部锂电池组供给的6v电源通过二极管送入稳压芯片。稳压芯片将6v电平转换到3. 3v,以保证微控制器稳定工作。为保证后续电路正常工作，供电电路中加入了具有滤波和蓄能功能的电容。微控制器工作电路用于保证控制器自身的正常工作，包括保证控制器供电稳定的电容、外部晶振电路以及外部复位电路。控制器的外部晶振电路为控制器提供稳定的时钟信号。复位电路将控制器的复位控制电平钳制在高电平，维持控制器的正常工作。射频电路用于将控制器输入的信号转换成射频信号输出。所述的无线加速度传感器壳体由4个零件组成，分别为端盖4、隔板5、连接筒6和底座7，材料均为不锈钢。端盖与隔板采用螺纹连接，形成的空腔用于放置锂电池组，这样的连接设计方便了锂电池组的更换。螺纹连接处采用螺纹胶密封加固，起到对电池组的防水、防尘保护作用。另外，空腔的体积参照锂电池组的体积设计，配以辅助夹紧部件后，电池组 在空腔内的移动被严格限制，避免了长期振动对电池组的影响。隔板上设计有一个4mm直径通孔，供电池组引线通过给控制电路板供电。同时，隔板上还有3个2_直径的通孔，螺钉穿过此孔将控制电路板和隔板固定起来。隔板、连接筒和底座构成的密封空腔用于安装控制电路板。隔板与连接筒通过过盈配合初步连接后再焊接到一起。连接筒上有一个7_直径的通孔，供安装天线I插座。连接筒与底座也通过过盈配合初步连接后再焊接到一起。底座与传感器2通过螺纹连接，连接时采用螺纹密封胶进行密封和加固。为了保证连接可靠，底座与传感器在螺纹连接后，在结合面采用焊接加固。组装完毕后，隔板上的过线孔、安装孔和连接筒上的天线插座孔都采用硅胶密封，保护控制电路板，起到防水、防尘的作用。按照这套设计方案加工制成的壳体尽可能降低了附加质量对传感器灵敏度的影响。所述的压电式加速度传感器、锂电池组、天线和强力磁座均为成熟产品。其中压电式加速度传感器是振动信号的感知元件，可以根据不同的应用场合更换合适量程和精度的加速度传感器。所述的软件系统分为网络层、媒体访问控制层和物理层。网络层管理传感器节点与中心节点间的通信，维护整个网络的正常运转。媒体访问控制层是网络层与物理层之间的通信媒介。物理层对传感器节点中的基础模块做了初始化配置。程序开始运行后，首先调用物理层应用函数对基础模块进行初始化设置，然后进入监听模式。监听模式下无线加速度传感器收到正确的上位机指令后，将进入正常工作模式，之后调用媒体访问控制层应用函数处理收到的信息，最后调用网络层应用函数处理与上位机及其他节点的通信。参见附图2。所述软件系统中的网络层的功能是管理传感器节点与中心节点间的通信，维护整个网络的正常运转。网络层能够识别中心节点的通信格式，根据收到的来自中心节点的不同命令控制无线加速度传感器节点做出相应的反应。中心节点的命令包括唤醒、通信和握手。在收到唤醒指令时，网络层控制传感器节点由监听状态转入工作状态，并等待中心节点的后续指令。在一定时间的延时之后，如果无线加速度传感器节点未收到后续命令或后续命令出错，网络层将控制无线加速度传感器再次进入监听状态。如果在规定时间内，传感器节点收到了通信指令，网络层将控制无线加速度传感器节点进入相应的数据采集与处理机制。如果规定时间内收到了握手指令，网络层将控制无线加速度传感器节点返回自己的传感器编号。所述软件系统中的媒体访问控制层是网络层与物理层之间的通信媒介。媒体访问控制层中定义了访问压电式加速度传感器和射频模块的应用函数。访问加速度传感器的应用函数定义了加速度信息采集、采样点数和应急处理机制。访问射频模块的应用函数定义了无线通信的格式，校验方式和相应的处理机制。媒体访问控制层中还定义了加速度数据的处理函数，对模数转换所得的原始数据做滤波和校验，提高了数据准确性，降低了数据传输量和功耗。 所述软件系统中的物理层对无线加速度传感器节点中的基础模块做了初始化配置。系统内核应用函数定义了系统时钟、内核电压、端口匹配等参数。模数转换模块应用函数定义了基准电压、采样频率、采样端口和采样完毕中断处理机制等。射频模块应用函数定义了无线通信带宽、射频频率、信号输出功率、调制解调方式、通信校验等参数。软件系统初始化的主要工作就是完成物理层的参数初始化，此后无线加速度传感器节点的各功能模块便能正常工作。与现有技术相比，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于振动监测的无线加速度传感器，由硬件和软件两部分构成；其特征在干，硬件包含控制电路板、无线加速度传感器壳体、压电式加速度传感器、强カ磁座、锂电池组和天线；软件的编制采用分层设计，分为网络层、媒体访问控制层和物理层。2.如权利要求I所述的ー种用于振动监测的无线加速度传感器，其特征在于，在所述的硬件中，所述的控制电路板位于无线加速度传感器壳体的隔板、连接筒和底座构成的空腔内；锂电池组位于传感器壳体端盖和隔板构成的空腔内；端盖与隔板采用螺纹连接；隔板与连接筒采用过盈配合连接在一起，待组装完毕后再焊接到一起；天线通过螺母固定在连接筒上，并与控制电路相连；连接筒与底座通过过盈配合连接，装配完毕后再焊接；底座与压电式加速度传感器通过的螺纹连接，装配完毕后再焊接；压电式加速度传感器与強力磁座通过螺纹连接。3.如权利要求I所述的ー种用于振动监测的无线加速度传感器，其特征在于，在所述的硬件中，所述的控制电路板完成模拟加速度信号的模数转换，预处理数字加速度信息，并将处理结果通过射频电路转发给后续接收装置；控制电路由供电电路、工作电路和射频电路组成。4.如权利要求I所述的ー种用于振动监测的无线加速度传感器，其特征在于，在所述的硬件中，所述的无线加速度传感器壳体由4个零件组成，分别为端盖、隔板、连接筒和底座，材料均为不锈钢；端盖与隔板采用螺纹连接，形成的空腔用于放置锂电池组，螺纹连接处采用螺纹胶密封加固；隔板、连接筒和底座构成的密封空腔用于安装控制电路板。5.如权利要求4所述的ー种用于振动监测的无线加速度传感器，其特征在于，所述的隔板上设计有ー个4mm直径通孔，供电池组引线通过给控制电路板供电；隔板上还有三个2mm直径的通孔，螺钉穿过此孔将控制电路板和隔板固定起来。6.如权利要求I所述的ー种用于振动监测的无线加速度传感器，其特征在于，在所述的软件中，网络层管理传感器节点与中心节点间的通信，维护整个网络的正常运转；媒体访问控制层是网络层与物理层之间的通信媒介；物理层对传感器节点中的基础模块做了初始化配置；程序开始运行后，首先调用物理层应用函数对基础模块进行初始化设置，然后进入监听模式；监听模...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹恒，姚海庆，秦颖颀，陈诚，王春，李斌，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：