基于mcu和zigbee的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能傳感系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，包括：振動敏感元件，其用于將檢測到的被測對象的原始振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸出至MCU模塊；MCU模塊，其用于將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計算獲得被測對象的所有振動特征參數(shù)并按要求輸出；ZIGBEE模塊，其與MCU模塊通訊連接，用于將接收到的振動特征參數(shù)以無線方式輸出；PC端，其與MCU模塊通訊連接，用于設(shè)定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)指令，并發(fā)送至MCU模塊；MCU模塊接收PC端發(fā)出的指令，確定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)，并選擇性輸出。本發(fā)明實現(xiàn)了高智能化、系統(tǒng)化的信號處理方式。
【專利說明】
基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明涉及一種智能傳感系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于MCU和ZIGBEE的 可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在振動測試和故障分析中，振動信號的峰峰值、有效值等指標(biāo)是評價被測物體振 動強度的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，而振動偏度、峭度及特定濾波頻率的幅值、包絡(luò)解調(diào)特征幅值是對 被測物體進行振源定位和故障診斷的關(guān)鍵特征參數(shù)。而上述振動特征參數(shù)主要通過振動測 試系統(tǒng)測量獲得。
[0003] -個傳統(tǒng)的振動測試系統(tǒng)通常由振動傳感器、采集裝置、信號處理裝置構(gòu)成，如圖 1所示。振動傳感器是基礎(chǔ)敏感元件，其作用是將被測對象的振動位移、速度、加速度信號轉(zhuǎn) 換為電信號或數(shù)字信號，通過信號電纜或者無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給采集裝置。采集裝置一般配置 有無線網(wǎng)絡(luò)的接收裝置，用于接收振動傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送來的振動信號，或者配置 有模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊，用以將振動傳感器輸出的電流/電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。采集裝 置在采集到數(shù)字化振動信號后，由信號處理裝置計算振動信號的峰峰值、有效值、振動偏 度、峭度及特定濾波頻率的幅值等振動特征參數(shù)指標(biāo)，供使用者進行分析判斷。信號處理裝 置一般為計算機，采集裝置和信號處理裝置一般由專門的計算機完成。
[0004] 在上述系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的振動傳感器只能輸出采集到的原始的振動時域波形信號 (不論輸出方式是無線方式還是有線方式），因此需要配置后端的信號處理裝置，并且編制 相應(yīng)軟件模塊實現(xiàn)振動特征參數(shù)的解算。而且，針對不同測量對象，其分析判定的特征參數(shù) 也不盡相同，那么就要配置不同的采集設(shè)備、信號處理裝置，編寫不同的計算處理軟件模 塊，常常造成用戶使用的專用設(shè)備較多，和設(shè)備過于龐大等的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
[0006] 本發(fā)明還有一個目的是實現(xiàn)高智能化、系統(tǒng)化的信號處理方式，無需更換或加裝 其他傳統(tǒng)傳感器，就能實現(xiàn)同一個傳感器多種振動特征參數(shù)的按需輸出，以及振動特征參 數(shù)計算所用濾波器頻率范圍和時間周期范圍等約束條件的在線設(shè)定調(diào)整。
[0007] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài) 輸出智能傳感系統(tǒng)，包括：
[0008] 振動敏感元件，其用于將檢測到的被測對象的原始振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸 出至MCU模塊；
[0009] MCU模塊，其用于將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計算獲得被測對象的所 有振動特征參數(shù)并按要求輸出；
[0010] ZIGBEE模塊，其與所述MCU模塊通訊連接，用于將接收到的MCU模塊輸出的振動特 征參數(shù)以無線方式輸出；
[0011] PC端，其與所述MCU模塊通訊連接，用于設(shè)定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù) 指令，并發(fā)送至所述MCU模塊；
[0012] 其中，所述MCU模塊接收所述PC端發(fā)出的指令，確定需要輸出的被測對象的振動特 征參數(shù)，并通過MCU模塊以模擬電信號的方式輸出和/或通過ZIGBEE模塊以無線信號的方式 輸出。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述PC端還可 以用于設(shè)定計算需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)所必需的濾波器頻率范圍和時間周 期范圍指令，并將其發(fā)送至所述MCU模塊。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述MCU模塊 在接收到所述PC端發(fā)出的指令后，重新調(diào)整頻域特征參數(shù)的濾波器頻率范圍和時域特征參 數(shù)的時間周期范圍，進而確定最終需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述ZIGBEE模 塊將接收到的需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)以無線方式輸出至無線接收裝置，并顯 示和存儲。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述MCU模塊 在確定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)后，將該振動特征參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電信號后輸 出至后端采集裝置，并顯示和存儲。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述MCU模塊 中包括AD轉(zhuǎn)換模塊、邏輯運算模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊，所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述振動敏 感元件連接，以將接收到的振動敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸送至所述邏輯 運算模塊，所述DA轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述邏輯運算模塊連接，以將接收到的邏輯運算模 塊輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號并輸出。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述邏輯運算 模塊包括時域特征參數(shù)計算模塊和頻域特征參數(shù)計算模塊。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述時域特征 參數(shù)計算模塊包括對被測對象的峰峰值、有效值、平均值、均方根值、方差、偏度、峭度、波形 因子、峰值因子、脈沖指標(biāo)和裕度系數(shù)的計算。
[0020] 優(yōu)選的是，所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述頻域特征 參數(shù)計算模塊包括對被測對象的窄帶濾波頻率幅值、寬帶濾波頻率幅值和包絡(luò)解調(diào)幅值的 計算。
[0021] 優(yōu)選的是，所述的基于MCU和ΖIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，被測對象的原 始振動信號包括振動位移、振動速度和振動加速度。
[0022] 本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明以高性能微控制單元(Microcontroller Unit )MCU為硬件基礎(chǔ)，結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，振動敏感元件采集被測對象的 原始振動信號的數(shù)據(jù)，通過MCU內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換將模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，在MCU模塊內(nèi)部 通過數(shù)字信號處理算法實時計算被測對象的峰峰值、有效值、偏度、峭度及特定濾波頻率的 幅值、包絡(luò)解調(diào)特征幅值等，再通過無線網(wǎng)絡(luò)或模擬有線的方式將選定的振動特征參數(shù)輸 出。而后端的使用者則無需再采集振動信號的原始時域波形信號，也無須再進行特征值計 算，只需通過無線網(wǎng)絡(luò)向智能傳感系統(tǒng)選定自己所關(guān)心的振動特征參數(shù)以及濾波器頻率范 圍、時間范圍周期等，即可直接獲取所需振動特征參數(shù)，無需更換或加裝其它傳統(tǒng)傳感器， 實現(xiàn)了同一個傳感器多種振動特征參數(shù)的輸出，以及振動特征參數(shù)計算所用濾波器頻率范 圍和時間周期范圍等約束條件的在線設(shè)定調(diào)整。
[0023] 本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本 發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0024] 圖1為傳統(tǒng)的振動測試系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的智能傳感系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的智能傳感系統(tǒng)的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術(shù)語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0029]本發(fā)明提供一種基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，如圖2和圖3所示， 包括：
[0030] 振動敏感元件，其用于將檢測到的被測對象的原始振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸 出至MCU模塊。振動敏感元件為壓電式或磁電式智能傳感器。智能傳感器將原始振動信號轉(zhuǎn) 化為電流或電壓信號輸出。
[0031] MCU模塊，其用于將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，MCU模塊運行振動特征參數(shù) 的計算程序，通過計算獲得被測對象的所有振動特征參數(shù)并按要求輸出。
[0032] 本發(fā)明的MCU模塊為STM32f405芯片，STM32f405是基于32位高性能ARM Cortex-M4 內(nèi)核的MCU芯片，特性如下：
[0033] MCU+FPU，210DMIPS，高達 1MB閃存/192+4KB RAM，可設(shè)置3套SPI總線接口，USB 0TG HS/FS，以太網(wǎng)，17個??Μ，3個ADC，15個通信外設(shè)接口和攝像頭。
[0034] STM32f405內(nèi)嵌浮點數(shù)處理模塊(FPU)，為進行各類特征參數(shù)計算提供了浮點數(shù)計 算能力保證，而其內(nèi)嵌的以太網(wǎng)接口模塊是實現(xiàn)無線輸出的基礎(chǔ)，其內(nèi)嵌的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 (ADC)可以對振動原始信號實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)換和采集。
[0035] ZIGBEE模塊，其與所述Μ⑶模塊通訊連接，用于將接收到的MCU模塊輸出的振動特 征參數(shù)以無線方式輸出。
[0036] ZigBee通訊技術(shù)是基于ΙΕΕΕ802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組 織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而 言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距 離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，世界各大無線芯片生產(chǎn)廠商陸續(xù)推出了 支持ZigBee的節(jié)點塊。
[0037] ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一 個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。
[0038] ZigBee的低功耗可以使傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將 數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，實現(xiàn)了端到端的網(wǎng)絡(luò)通信，所以它們的通信效率非 常尚。
[0039] ZigBee傳輸范圍一般介于10~100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到1~3km。 這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。 [0040] PC端，其與所述MCU模塊通訊連接，用于設(shè)定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù) 指令，并發(fā)送至所述MCU模塊。使用者根據(jù)自己的需要選擇一個或幾個振動特征參數(shù)作為輸 出信號，并確定是通過ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)方式輸出還是通過有線模擬方式輸出。其中，所述 MCU模塊接收所述PC端發(fā)出的指令，確定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)，并通過MCU 模塊以模擬電信號的方式輸出和/或通過ZIGBEE模塊以無線信號的方式輸出。使用者通過 PC端的無線網(wǎng)絡(luò)向智能傳感系統(tǒng)傳輸控制指令，該控制指令可直接發(fā)送至MCU模塊，也可以 通過ZIGBEE模塊的ZigBee通訊環(huán)節(jié)和ZigBee RF收發(fā)器以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)信號的方式發(fā)送 至MCU模塊，該指令包括兩方面的內(nèi)容：需要輸出的振動特征參數(shù);計算振動特征參數(shù)需要 的濾波器頻率范圍和時間周期范圍。
[0041 ] 所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述PC端還可以用于設(shè) 定計算需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)所必需的濾波器頻率范圍和時間周期范圍指 令，并將其發(fā)送至所述MCU模塊。用戶可以在PC端在線設(shè)定，可操作性好。
[0042]所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述Μ⑶模塊在接收到所 述PC端發(fā)出的指令后，重新調(diào)整頻域特征參數(shù)的濾波器頻率范圍和時域特征參數(shù)的時間周 期范圍，MCU模塊按照新的頻域特征參數(shù)的濾波器范圍和時域特征參數(shù)的時間周期范圍實 時計算振動特征參數(shù)，進而確定最終需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)。
[0043]所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述ZIGBEE模塊將接收 到的需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)以無線方式輸出至無線接收裝置，無線接收裝置 可以為帶有接收模塊的計算機，并顯示和存儲。
[0044] 所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述Μ⑶模塊在確定需要 輸出的被測對象的振動特征參數(shù)后，將該振動特征參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬電信號后，可以為電壓 或電流信號，輸出至后端采集裝置，后端采集裝置可以為帶有模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置的計算機，并顯 示和存儲。
[0045] 所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述MCU模塊中包括ADR 換模塊、邏輯運算模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊，所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述振動敏感元件連接， 以將接收到的振動敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸送至所述邏輯運算模塊，所 述DA轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述邏輯運算模塊連接，以將接收到的邏輯運算模塊輸出的數(shù)字 信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號并輸出。
[0046]所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述邏輯運算模塊包括 時域特征參數(shù)計算模塊和頻域特征參數(shù)計算模塊。
[0047]所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述時域特征參數(shù)計算 模塊包括對被測對象的峰峰值、有效值、平均值、均方根值、方差、偏度、峭度、波形因子、峰 值因子、脈沖指標(biāo)和裕度系數(shù)的計算。
[0048] 1)峰值 Xp
[0049] 把{xi}的N個采樣點分成η段，在每一段中找出η個峰值{XPj} (j = 1~η)，貝lj {xi}的 峰值指標(biāo)為：
[0051] 峰值^反映的是某時刻振幅的最大值，因而適用于表面點蝕損傷之類的具有瞬時 沖擊的故障診斷。另外，對轉(zhuǎn)速較低的情況(如300r/min以下），也常采用峰值進行診斷。
[0052] 2)均值 I
[0053]對于簡諧振動為半個周期內(nèi)的平均值，對于軸承沖擊振動為經(jīng)絕對值處理后的平 均值。
[0055] 用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點是監(jiān)測值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速 較高的情況(如300r/min以上）。
[0056] 3)均方根值(有效值)Xrms
[0058] 均方根值是對時間平均的，用來反映信號的能量大小，適用于像磨損之類的振幅 值隨時間緩慢變化的故障診斷。軸承制造精度越低或軸承磨損程度越大，則)(_值越高。對 早期故障不敏感，但穩(wěn)定性很好。
[0059] 4)方差
[0060] 表不信號的波動分量，表征振動信號的頻率穩(wěn)定度。
[0061] 5)峰值因子(波峰因數(shù))Cf
[0063] 軸承元件上的局部剝落、擦傷、刻痕和凹痕等一類離散型缺陷，產(chǎn)生的脈沖波形總 能量并不大，但是波形的尖峰度明顯，因此，峰值因子適用于這類故障的診斷。（波峰因數(shù) Cf，能恰當(dāng)?shù)姆从臣夥宓南鄬Υ笮?。評判軸承合不合格的C f界限值約為1.5，Cf值大于1.5，則 認(rèn)為軸承元件上存在局部缺陷。）
[0064] 正常軸承的振動波峰因子約為4~5,因剝落等局部缺陷引起的振動峰值因子往往 超過10,缺陷越大，Cf值也越大。
[0065] 軸承發(fā)生剝落等局部缺陷時，Cf值相對較大；當(dāng)發(fā)生潤滑不良和磨損等異常情況 時，Cf值相對較小。
[0066] 需要指出的是，在軸承出現(xiàn)故障的整個過程中波峰因數(shù)值并不是一直增加，而是 先增加再減小。這是因為故障初期，振動幅值會明顯增加，而均方根值變化尚不明顯，隨故 障不斷擴展，峰值達到極限值，均方根值開始明顯增大。
[0067] 波峰因子是一個相對值的比率，它不受振動信號絕對電平值大小的影響，與傳感 器的靈敏度和放大器的放大率無關(guān)，同時也不受軸承尺寸大小和轉(zhuǎn)速不同的影響，因而測 定數(shù)據(jù)很方便。
[0068] 6)峭度指標(biāo)K
[0069]離散序列的峭度指標(biāo)定義為歸一化的4階中心距：
[0071] 振幅滿足正態(tài)分布的無故障軸承其峭度值約為3,軸承振動信號的峭度值一般在 3-45，當(dāng)值大于4時，即預(yù)示著軸承有一定程度的損傷。采用該特征參數(shù)的優(yōu)點在于與軸承 的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點蝕類故障的診斷。
[0072] 峭度值具有與波峰因子類似的變化趨勢，軸承良好狀態(tài)和嚴(yán)重故障狀態(tài)下的裕度 指標(biāo)幾乎是相同的。
[0073] 對早期故障有較高的敏感性，但穩(wěn)定性不好，可同時與有效值進行故障監(jiān)測。
[0074] 7)波形因子Ws
[0075]波形因數(shù)定義為均方根值與絕對均值之比：
[0077] 當(dāng)Ws值過大時，表明滾動軸承可能有點蝕；當(dāng)Ws值過小時，有可能發(fā)生了磨損。
[0078] 8)脈沖指標(biāo)I
[0082] 當(dāng)時間信號中包含的信息不是來自一個零件或部件，而是屬于多個元件時，如在 多級齒輪的振動信號中往往包含有來自高速齒輪、低速齒輪以及軸承等部件的信息，在這 種情況下，可利用波形因子(波形指標(biāo))Ws、脈沖指標(biāo)I、裕度系數(shù)L無量綱指標(biāo)進行故障診斷 或分析。
[0083] 10)偏度 &
[0084] 偏度〇c反映振動信號的不對稱性，如果oc越大，不對稱越厲害。由于存在某一方向 的摩擦或碰撞，造成振動波形的不對稱，使偏度指標(biāo)增大。
[0086]所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，所述頻域特征參數(shù)計算 模塊包括對被測對象的窄帶濾波頻率幅值、寬帶濾波頻率幅值和包絡(luò)解調(diào)幅值的計算。 [0087] 11)窄帶濾波
[0088]由于弱小高頻沖擊共振信號被疊加在轉(zhuǎn)頻等低頻信號中，采用FFT無法分離出來， 因此需要先將幅值較大的低頻信號和更高頻的非共振信號濾除，只留下由周期性出現(xiàn)的沖 擊共振信號。
[0089]如果周期分量的頻率為ω〇,用中心頻率為ω〇、帶寬為Δ ω的窄帶濾波器對原始信 號進行濾波。對周期分量，它的譜峰值在濾波后不隨帶寬變化，但帶寬隨機噪聲的能量是大 致均布在一定頻率范圍內(nèi)的，濾波后它的輸出會隨著帶寬的減小而減小，因此窄帶濾波器 能有效地抑制這種噪聲。
[0090] 12)寬帶濾波
[0091]寬帶濾波是相對于窄帶濾波而言，即保持某一帶寬的頻率信號，在信號分析中可 實現(xiàn)對于我們所需要的特定帶寬內(nèi)的信號進行綜合分析。
[0092] 13)包絡(luò)解調(diào)譜
[0093] 包絡(luò)譜分析是針對調(diào)制信號而言的。
[0094]通常的包絡(luò)分析方法是用Hilbert變換提取信號的包絡(luò)，Hilbert包絡(luò)是時域信號 絕對值的包絡(luò)，它從信號中提取調(diào)制信號，分析調(diào)制函數(shù)的變化，對提取故障特征具有很大 的優(yōu)越性。
[0095]經(jīng)過窄帶濾波以后的共振信號無法直接采用FFT進行頻率識別，需要采用Hilert 變換進行包絡(luò)檢測，檢測出沖擊信號包絡(luò)信號。
[0096]擺度包絡(luò)信號中存在一個周期性的包絡(luò)，該包絡(luò)是周期性沖擊振動共振信號的包 絡(luò)。
[0097] 包絡(luò)譜識別：
[0098]在求得包絡(luò)波形以后，對包絡(luò)波形進行快速傅立葉變換，獲得包絡(luò)信號的頻譜圖， 從該頻譜圖中可以獲得主信號(幅值最大信號)幅值、主信號頻率、主信號空間相位。
[0099]從包絡(luò)信號的頻譜圖中可以清楚看到，信號的主頻(幅值最大）是機組轉(zhuǎn)速頻率， 其余大幅值頻率全部是該頻率的高次諧波。從包絡(luò)信號的頻譜圖中可以清楚得出結(jié)論，由 碰磨引起的沖擊每個周期一次。另外通過包絡(luò)信號的頻譜圖也可以得到?jīng)_擊發(fā)生的空間相 位，也有助于故障定位。
[0100]所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)中，被測對象的原始振動信 號包括振動位移、振動速度和振動加速度。
[0101]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1. 一種基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括： 振動敏感元件，其用于將檢測到的被測對象的原始振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸出至 MCU模塊； MCU模塊，其用于將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計算獲得被測對象的所有振 動特征參數(shù)并按要求輸出； ZIGBEE模塊，其與所述MCU模塊通訊連接，用于將接收到的MCU模塊輸出的振動特征參 數(shù)以無線方式輸出； PC端，其與所述MCU模塊通訊連接，用于設(shè)定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)指 令，并發(fā)送至所述MCU模塊； 其中，所述MCU模塊接收所述PC端發(fā)出的指令，確定需要輸出的被測對象的振動特征參 數(shù)，并通過MCU模塊以模擬電信號的方式輸出和/或通過ZIGBEE模塊以無線信號的方式輸 出。2. 如權(quán)利要求1所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述PC端還可以用于設(shè)定計算需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)所必需的濾波器頻率范 圍和時間周期范圍指令，并將其發(fā)送至所述MCU模塊。3. 如權(quán)利要求2所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述MCU模塊在接收到所述PC端發(fā)出的指令后，重新調(diào)整頻域特征參數(shù)的濾波器頻率范圍和 時域特征參數(shù)的時間周期范圍，進而確定最終需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述ZIGBEE模塊將接收到的需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)以無線方式輸出至無線接 收裝置，并顯示和存儲。5. 如權(quán)利要求1所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述MCU模塊在確定需要輸出的被測對象的振動特征參數(shù)后，將該振動特征參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬 電信號后輸出至后端采集裝置，并顯示和存儲。6. 如權(quán)利要求1所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述MCU模塊中包括AD轉(zhuǎn)換模塊、邏輯運算模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊，所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所 述振動敏感元件連接，以將接收到的振動敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸送至 所述邏輯運算模塊，所述DA轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述邏輯運算模塊連接，以將接收到的邏 輯運算模塊輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號并輸出。7. 如權(quán)利要求6所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述邏輯運算模塊包括時域特征參數(shù)計算模塊和頻域特征參數(shù)計算模塊。8. 如權(quán)利要求7所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述時域特征參數(shù)計算模塊包括對被測對象的峰峰值、有效值、平均值、均方根值、方差、偏 度、峭度、波形因子、峰值因子、脈沖指標(biāo)和裕度系數(shù)的計算。9. 如權(quán)利要求7所述的基于MCU和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，所 述頻域特征參數(shù)計算模塊包括對被測對象的窄帶濾波頻率幅值、寬帶濾波頻率幅值和包絡(luò) 解調(diào)幅值的計算。10. 如權(quán)利要求1所述的基于Μ⑶和ZIGBEE的可組態(tài)輸出智能傳感系統(tǒng)，其特征在于，被 測對象的原始振動信號包括振動位移、振動速度和振動加速度。
【文檔編號】G01H17/00GK106092312SQ201610440298
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】崔悅, 任繼順, 汪洋, 張民威, 蘇疆東
【申請人】北京中元瑞訊科技有限公司