[发明专利]量程可变的振动信号无线传感系统

说明书

量程可变的振动信号无线传感系统，属于工业数据采集和故障诊断领域，本发明为解决固定量程的振动传感器无法准确采集振动信号数据、采用Zigbee或蓝牙技术组网传输速度不足的问题。本发明系统为一种由采集节点、路由节点和汇聚节点组成的树状网络，且采用超宽带通信技术UWB进行节点间通信；所述采集节点为：振动传感器采集的振动信号通过AD数据采集模块发送给微处理器，所述振动信号通过超宽带无线通信模块、天线发送出去；微处理器通过DAC控制模块控制振动传感器电源驱动电路为振动传感器提供工作电压，当微处理器检测到接收的振动信号衰弱或者增强时，通过改变振动传感器供电电压的大小来改变振动传感器的量程。

技术领域

本发明属于工业数据采集和故障诊断领域，涉及量程能够自适应调节的振动监测系统。

背景技术

舱内空间密闭，金属设备较多，以有线的方式实现分布式节点通信会提高环境的复杂度，节点位置受限，网络节点容量较低，而无线传感网络是一种较好的选择。

通过无线传感网络加振动传感器的方式可以监测舱内环境中的振动情况，若有机器发生故障，其振动信号在一定程度上会发生变化。通过采集这些振动数据，进行特征提取再基于机器学习算法进行判定，可以有效地排查故障。而为了全面地监测舱内各处的工作情况，应该在舱内各处布置传感器节点，使得监测系统能够统筹全局、完成监测。因此需要把传感器节点和无线传感网络结合起来进行组网，网络结构如图1所示。传统的无线组网技术如Zigbee、蓝牙等在抗干扰能力和传输速率上存在不足。

同时，在实际应用中，大多数故障诊断方法只注重算法的设计，对于系统的整体设计例如数据传输、数据采集等内容没有深入的研究。事实上，在实际应用这些问题也是至关重要的，振动数据的采集和传输是故障诊断的数据来源，如果在数据方面无法做到精确采集和传输，即使算法再准确，也无法保证结果的正确性。同时，传统的振动传感监测系统量程固定，不能灵活变化，但是在实际应用中，由于使用场景的不同、器件工作状态的不同、器件类型的不同的等多种因素，振动数据的范围也是不同的。若量程远大于信号的振幅，则降低了采集数据的精度，若量程小于信号的振幅，则无法正确获取振动信号幅度。即使是同样的器件，随着运行时间的变化或者工作模式的变化，振动幅度都会发生变化，因此事先调整好的固定量程无法满足监测的需要。

发明内容

本发明目的是为了解决固定量程的振动传感器无法准确采集振动信号数据、采用Zigbee或蓝牙技术组网传输速度不足的问题，提供了一种量程可变的振动信号无线传感系统。

本发明所述量程可变的振动信号无线传感系统，该系统为一种由采集节点、路由节点和汇聚节点组成的树状网络，且采用超宽带通信技术UWB进行节点间通信；

所述采集节点包括振动传感器、AD数据采集模块、微处理器、超宽带无线通信模块、天线、DAC控制模块和振动传感器电源驱动电路；

振动传感器采集的振动信号通过AD数据采集模块发送给微处理器，所述振动信号通过超宽带无线通信模块、天线发送出去；

微处理器通过DAC控制模块控制振动传感器电源驱动电路为振动传感器提供工作电压，当微处理器检测到接收的振动信号衰弱或者增强时，通过改变振动传感器供电电压的大小来改变振动传感器的量程。

优选地，还包括系统电源，所述系统电源为振动传感器电源驱动电路提供工作电源。

优选地，振动传感器包括敏感结构、前级电荷放大器、前置相位补偿器、环路滤波器、带通滤波器和加速度反馈单元，振动信号与加速度反馈单元输出的加速度信号叠加后输入敏感结构，敏感结构输出电压信号经前级电荷放大器、前置相位补偿器、环路滤波器和带通滤波器后输出。

优选地，敏感结构可测量加速度的量程为