保證機械設備穩(wěn)定、安全、高效的運行,對于減少生產(chǎn)過程中的不必要停機與預防安全事故的發(fā)生具有重要意義。振動監(jiān)測技術作為一種重要的狀態(tài)監(jiān)測技術可以實時獲取設備的振動信息,了解設備的工作狀態(tài),并對設備的異常狀態(tài)進行預警,防患于未然。本文研究并設計了一款用于監(jiān)測設備振動的低功耗智能螺釘,智能螺釘主要由壓電振動傳感器單元、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監(jiān)測算法,可以實現(xiàn)設備振動的在線監(jiān)測功能;通過中心機將多個智能螺釘組網(wǎng)后可以形成一個振動監(jiān)測網(wǎng)絡,從而實現(xiàn)機械設備的多測點實時監(jiān)測功能。上位機與中心機之間使用RS-485串口通信,通過循環(huán)冗余校驗(CRC)保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。本文的主要工作如下:(1)振動模擬平臺的研制。該振動臺由音圈電機驅動,音圈電機的驅動信號由函數(shù)發(fā)生器提供,可以方便地實現(xiàn)振動臺振動頻率與幅值的調節(jié)。(2)壓電振動傳感單元的研制。使用壓電陶瓷PZT(蜂鳴片)作為壓電轉換元件,通過對蜂鳴片建模與仿真分析,確定了傳感器的固定安裝方式;結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計方案。最終研制出的壓電振動傳感器模塊對30Hz~1000Hz范圍內的振動具有較好的頻率響應。(3)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設計與實現(xiàn)。使用低功耗的MSP430FR5969單片機作為信息處理CPU,通過CC110L射頻模塊實現(xiàn)智能螺釘與中心機之間的無線數(shù)據(jù)傳輸,根據(jù)測試結果,本文研制的智能螺釘在40米范圍內具有較好的數(shù)據(jù)傳輸能力。(4)振動監(jiān)測算法的設計與實現(xiàn)。本文在智能螺釘端實現(xiàn)了以FFT為基礎,頻譜比對算法為核心的狀態(tài)監(jiān)測算法,使用該算法可以實現(xiàn)設備的狀態(tài)監(jiān)測功能。在上位機端以MATLAB為平臺對振動信號進行了時頻分析,進而判定設備的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定。(5)實現(xiàn)智能螺釘?shù)慕M網(wǎng)運行。使用自定義的數(shù)據(jù)幀格式對智能螺釘進行組網(wǎng),由中心機對各個螺釘進行協(xié)調,進而可以獲取機械設備多測點的振動數(shù)據(jù)與狀態(tài)監(jiān)測信息。(6)在實際工況下對振動監(jiān)測系統(tǒng)進行測試。測試結果表明,本文研制的智能螺釘可以正確地將砂輪機的不同工作狀態(tài)區(qū)分開,具備良好的狀態(tài)監(jiān)測能力。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH113.1
【部分圖文】：

圖 2-1 壓電效應的可逆性地描述了壓電體具備實現(xiàn)機械能與電能之間相互間的定量關系，為了更好地理解壓電效應，人們方程。由于壓電材料在實際應用中不僅需要力學路中，所以應根據(jù)不同的力學邊界條件與電學邊]。表 2-1 給出了常見的四類壓電方程。表中，T 表，E 表示電場強度，Ｄ表示電位移。

第二章 機械振動壓電監(jiān)測原理加速度計的原理加速度計是利用壓電材料的正壓電效應制成的，壓電材料實現(xiàn)了電信號的轉換功能。由于壓電材料能直接感受的物理量是應力，度轉換為應力，再作用在壓電材料上，這種轉換一般是通過在壓性質量塊來實現(xiàn)的。雖然壓電加速度計的測量原理基本相同，但由于測量工況差異較大，復雜多變，對壓電加速度計提出了各式。目前市面上的加速度計種類非常多，它們在頻率響應、靈敏度在較大的差異。盡管壓電加速度計有多種結構，但最常見的還是其基本結構如圖 2-2 所示。

盡管壓電加速度計有多種結構，但最常見的還是基本結構如圖 2-2 所示。圖 2-2 壓縮型加速度計的結構圖壓電加速度計的結構簡單，主要由質量塊、壓電元件、引線以度計通過基座固定在被測物體表面，使加速度計與被測物體一起振動感受單元可以將物體振動的加速度轉換為慣性力；慣性力就可以輸出電信號從而實現(xiàn)加速度的測量[33]。圖 2-3 為壓縮型壓型。
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本文編號：2885223