[发明专利]一种能源与信息融合式振动信号诊断传感系统

说明书

本发明提供了一种能源与信息融合式振动信号诊断传感系统，所述系统包括电机磁场能量捕获器、压电‑电磁复合式振动传感发电装置、电池、ECU传感器和天线，所述电机磁场能量捕获器、压电‑电磁复合式振动传感发电装置共同连接电池，所述压电‑电磁复合式振动传感发电装置还与ECU传感器电性连接，所述ECU传感器与天线连接，通过ECU传感器判断是否出现特定电量变化，并通过天线进行传输报警，所述压电‑电磁复合式振动传感发电装置包括压电梁、磁体以及磁感线圈，依靠振动能量使压电梁带动磁体上下位移产生压电电流，产生变化磁场，从而使磁感线圈产生感应电流。本发明可快速对电机故障和轨道平顺度问题实现诊断报警。

技术领域

本发明涉及传感器监测技术领域，具体地，涉及一种能源与信息融合式振动信号诊断传感系统。

背景技术

列车运行过程中安全问题一直是备受关注的焦点，为了对轨道列车电机、轨道平顺度进行状态自我感知及监测，需要设计出一种能源与信息融合式振动信号自传感系统。为了适应该场景中能源的高效转换，采用以振动为激励源结合压电技术以及电磁发电技术，设计出压电-电磁复合式振动发电装置。在监测传感过程中，为了对电机故障诊断更具有针对性，所以根据故障产生后所特有的振动频率，通过改变金属层的参数来设置压电梁振动模态，从而影响发电装置的发电量。并且，在列车状态稳定的情况下，影响列车车下振动的主要外因是轨道平顺问题，所以当轨道平顺度发生突然改变时会造成该处信号节点处与以往电频信号不同的表现。

因此为了对轨道列车电机、轨道平顺度进行状态自我感知及监测，需要设计出一种能源与信息融合式振动信号诊断传感系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有更高的发电效率以及更高的系统可靠性的能源与信息融合式振动信号诊断传感系统。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种能源与信息融合式振动信号诊断传感系统，所述系统包括电机磁场能量捕获器、压电-电磁复合式振动传感发电装置、电池、ECU传感器和天线，所述电机磁场能量捕获器、压电-电磁复合式振动传感发电装置共同连接电池，所述压电-电磁复合式振动传感发电装置还与ECU传感器电性连接，所述ECU传感器与天线连接，通过ECU传感器判断是否出现特定电量变化，并通过天线进行传输报警，所述压电-电磁复合式振动传感发电装置包括压电梁、磁体以及磁感线圈，依靠振动能量使压电梁带动磁体上下位移产生压电电流，产生变化磁场，从而使磁感线圈产生感应电流。

可选地，所述压电-电磁复合式振动传感发电装置还包括保护壳，所述磁感线圈设置在保护壳内。

可选地，所述压电梁为上下压电陶瓷材料覆盖中间金属层的结构，所述磁体为设置在压电梁中间上下表面的两个柱形磁铁，在列车行驶过程中，振动会使压电梁发生上下弯曲变形，从而带动压电陶瓷材料发电以及带动柱形磁铁发生位移产生变化磁场。

可选地，所述压电梁根据电机特定故障振频，对压电梁参数进行设定以改变压电梁中间金属层的模态，使其金属层的多模态中一个与其电机特定故障振频相匹配，从而当故障产生时ECU传感器可以根据电信号的变化快速实现对电机故障的诊断。

可选地，所述ECU传感器对压电-电磁复合式振动传感发电装置在行车过程中，对每趟列车的发电量进行记录，并在电信号突变后与其历史数据进行对比分析。

可选地，若所述电信号没有出现异常，则所述压电-电磁复合式振动传感发电装置产生的电能将被存储到电池中。

可选地，若突变电信号幅度大于历史该节点的电信号数值，并超过预设阈值，则表示轨道平顺度出现问题，根据异常数据出现时间结合列车运行图即可寻找到轨道平顺出现问题的位置。

可选地，所述的电机磁场能量捕获器通过在列车电机外缠绕电磁线圈，并基于列车运行过程中电机内变化的磁场，使其外绕线圈产生磁感电流，产生的电能将被存储到电池中。