[实用新型]一种基于ZigBee的风扇旋转叶片无线动态应变监测系统

说明书

本实用新型公开了一种基于ZigBee的风扇旋转叶片无线动态应变监测系统，包括电源模块、信号采集模块、信号传输模块和数据处理模块。其中信号采集模块由AD数模转换芯片、固定安装在风扇旋转叶片的叶片上的应变片和安装在风扇旋转叶片的电路板上的九轴传感器组成，信号采集模块的输出端连接信号传输模块的输入端，信号传输模块的输出端连接数据处理模块的输入端，以此实现对叶片的加速度、角速度和应变信息的采集，从而对风扇旋转叶片健康状态进行实时监测。信号传输模块采用ZigBee协议，并利用应变片和九轴传感器对风扇旋转叶片进行监测，应用局限性减小，能够实时测得风扇旋转叶片相关机械参数。

技术领域

本实用新型涉及风扇旋转叶片监测技术领域，尤其是一种基于ZigBee的风扇旋转叶片无线动态应变监测系统。

背景技术

风扇旋转叶片是一种重要的工业部件，在运行过程中要承受很大范围的载荷波动。风扇旋转叶片的结构成分主要为复合材料，在长期使用过程中，其材料力学的性能会发生变化，以致于出现风扇旋转叶片功率下降和叶片断裂的现象，造成巨大经济损失和安全事故的发生。如果能对风扇旋转叶片材料和机械结构进行动态应变监测，就可以准确并有效的分析出材料的结构强度和剩余寿命，避免风扇旋转叶片的损伤疲劳，又能及时优化风扇旋转叶片设计准则，提高风扇工作效率。

目前，对风扇旋转叶片的结构检测局限于未正式投入使用前在工厂进行统一的测试，采用有线布线的方式，由激振器发出激励信号，通过应变片阵列采集各部分的响应信号，再利用计算机仿真计算得到相关参数。虽能较为准确的测量出相应参数，但其只能在实验环境进行检测，不能实时获得风扇旋转叶片的结构参数。也有技术人员利用振动监测的方法检测风扇旋转叶片损伤，该方法利用激光检测振仪，将叶片各部固定，在根部用激振器进行激振，测得前几阶振型，然后采用小波分析对一阶振型模态进行连续小波变换，根据小波变换模极大值诊断结构的损伤。但该方法只是针对风扇旋转叶片材料进行损伤识别，并没有对真实叶片的相关机械参数做出判断，存在一定的缺陷性。

因此创设一种在风扇运行过程中利用ZigBee技术对旋转叶片进行无线动态应变监测系统就显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee的风扇旋转叶片无线动态应变监测系统，通过在风扇旋转叶片上布置应变片和九轴传感器，实现对风扇旋转叶片的加速度、角速度和应变信息的采集，通过信号传输模块，来接收九轴传感器发送的信号，并与数据处理模块进行通信，从而对风扇旋转叶片健康状态进行实时监测。由于信号传输模块采取ZigBee协议进行无线信号传输，信号采集模块利用应变片和九轴传感器对风扇旋转叶片进行监测，局限性减小，能够实时测得风扇旋转叶片相关参数，可以解决现有技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于ZigBee的风扇旋转叶片无线动态应变监测系统，包括电源模块，信号采集模块，信号传输模块和数据处理模块，所述电源模块的输出端连接信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端连接信号传输模块的输入端，信号传输模块的输出端连接数据处理模块的输入端。

所述电源模块包括升压-降压转换电路、低压差线性稳压电路、电源检测电路，电池检测电路和轻质柔性电池，升压-降压转换电路由电源管理芯片组成，低压差线性稳压电路由线性稳压芯片组成，电源检测电路由变压器、整流管组和抑制二极管组成，电池检测电路包括电容，电阻和发光二极管。

所述信号采集模块由AD数模转换芯片、应变片和九轴传感器组成。

所述信号传输模块由无线通信芯片组成。

为了实现低静态电流的高效升压-降压转换，作为优选的，所述电源管理芯片的型号为TPS63070RNMR，该芯片能够在升压和降压模式之间实现自动转换，基于2.4MHz强制固定运行频率，通过使用同步整流来获得最高效率，转换效率达95％。所述的电源管理芯片在低负载电流情况下，自动进入改进低输出功率时效力的省电模式，在关机期间负载断开，能够大大减少所述轻质柔性电池的消耗。