保證機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定、安全、高效的運(yùn)行,對(duì)于減少生產(chǎn)過程中的不必要停機(jī)與預(yù)防安全事故的發(fā)生具有重要意義。振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種重要的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的振動(dòng)信息,了解設(shè)備的工作狀態(tài),并對(duì)設(shè)備的異常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警,防患于未然。本文研究并設(shè)計(jì)了一款用于監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)的低功耗智能螺釘,智能螺釘主要由壓電振動(dòng)傳感器單元、信息處理電路與無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等組成。智能螺釘集成了輕量化的振動(dòng)監(jiān)測(cè)算法,可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)功能;通過中心機(jī)將多個(gè)智能螺釘組網(wǎng)后可以形成一個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的多測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。上位機(jī)與中心機(jī)之間使用RS-485串口通信,通過循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。本文的主要工作如下:(1)振動(dòng)模擬平臺(tái)的研制。該振動(dòng)臺(tái)由音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng),音圈電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由函數(shù)發(fā)生器提供,可以方便地實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)頻率與幅值的調(diào)節(jié)。(2)壓電振動(dòng)傳感單元的研制。使用壓電陶瓷PZT(蜂鳴片)作為壓電轉(zhuǎn)換元件,通過對(duì)蜂鳴片建模與仿真分析,確定了傳感器的固定安裝方式;結(jié)合傳感器殼體的仿真分析,得到了具有較高固有頻率的傳感器設(shè)計(jì)方案。最終研制出的壓電振動(dòng)傳感器模塊對(duì)30Hz~1000Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)具有較好的頻率響應(yīng)。(3)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。使用低功耗的MSP430FR5969單片機(jī)作為信息處理CPU,通過CC110L射頻模塊實(shí)現(xiàn)智能螺釘與中心機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳輸,根據(jù)測(cè)試結(jié)果,本文研制的智能螺釘在40米范圍內(nèi)具有較好的數(shù)據(jù)傳輸能力。(4)振動(dòng)監(jiān)測(cè)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文在智能螺釘端實(shí)現(xiàn)了以FFT為基礎(chǔ),頻譜比對(duì)算法為核心的狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法,使用該算法可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。在上位機(jī)端以MATLAB為平臺(tái)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了時(shí)頻分析,進(jìn)而判定設(shè)備的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定。(5)實(shí)現(xiàn)智能螺釘?shù)慕M網(wǎng)運(yùn)行。使用自定義的數(shù)據(jù)幀格式對(duì)智能螺釘進(jìn)行組網(wǎng),由中心機(jī)對(duì)各個(gè)螺釘進(jìn)行協(xié)調(diào),進(jìn)而可以獲取機(jī)械設(shè)備多測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息。(6)在實(shí)際工況下對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,本文研制的智能螺釘可以正確地將砂輪機(jī)的不同工作狀態(tài)區(qū)分開,具備良好的狀態(tài)監(jiān)測(cè)能力。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH113.1
【部分圖文】：

圖 2-1 壓電效應(yīng)的可逆性地描述了壓電體具備實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間相互間的定量關(guān)系，為了更好地理解壓電效應(yīng)，人們方程。由于壓電材料在實(shí)際應(yīng)用中不僅需要力學(xué)路中，所以應(yīng)根據(jù)不同的力學(xué)邊界條件與電學(xué)邊]。表 2-1 給出了常見的四類壓電方程。表中，T 表，E 表示電場(chǎng)強(qiáng)度，Ｄ表示電位移。

第二章 機(jī)械振動(dòng)壓電監(jiān)測(cè)原理加速度計(jì)的原理加速度計(jì)是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)制成的，壓電材料實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能。由于壓電材料能直接感受的物理量是應(yīng)力，度轉(zhuǎn)換為應(yīng)力，再作用在壓電材料上，這種轉(zhuǎn)換一般是通過在壓性質(zhì)量塊來實(shí)現(xiàn)的。雖然壓電加速度計(jì)的測(cè)量原理基本相同，但由于測(cè)量工況差異較大，復(fù)雜多變，對(duì)壓電加速度計(jì)提出了各式。目前市面上的加速度計(jì)種類非常多，它們?cè)陬l率響應(yīng)、靈敏度在較大的差異。盡管壓電加速度計(jì)有多種結(jié)構(gòu)，但最常見的還是其基本結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。

盡管壓電加速度計(jì)有多種結(jié)構(gòu)，但最常見的還是基本結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。圖 2-2 壓縮型加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單，主要由質(zhì)量塊、壓電元件、引線以度計(jì)通過基座固定在被測(cè)物體表面，使加速度計(jì)與被測(cè)物體一起振動(dòng)感受單元可以將物體振動(dòng)的加速度轉(zhuǎn)換為慣性力；慣性力就可以輸出電信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)加速度的測(cè)量[33]。圖 2-3 為壓縮型壓型。
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