专利名称：一种保持架温度及应力在线监测系统及其方法
技术领域：
本发明属于机械设备状态监测系统应用领域，涉及ー种实际エ况下的保持架在线监测系统，尤其是一种基于“无线供能技术+微型传感技术+无线数据收发技木”的保持架温度及应カ在线监测系统及其方法。
背景技术：
滚动轴承是旋转机械中的重要零件，在各个机械部门有着广泛的应用。然而滚动轴承也是机器中最易损坏的零件之一，有资料表明，在旋转机械中有70%的故障是由滚动轴承引起的。而滚动轴承的失效必然导致机械装置运行的不正常，甚至引发灾难性的后果。因此，对滚动轴承的状态监测在设备的维护中有着重要作用。保持架作为滚动轴承的重要组成元件，将滚动体沿圆周均匀的分开，引导并带动滚动体在正确的滚道上滚动。当滚动轴承高速运转时，保持架与滚动体和套圈之间存在着大量的摩擦、磨损和碰撞，产生的摩擦カ和碰撞カ对保持架的运动稳定性有很大的影响。同时碰撞和磨损产生的变形也直接影响到保持架的动态性能和寿命，进而影响轴承的整体动态性能。因此，在线实时测量实际エ况下的保持架应カ和温度状态，对于分析保持架工作状态和轴承动态性能具有重要的意义。对于滚动轴承保持架的检测，目前国内外研究学者已做了大量工作。但由于其特殊工作条件，国内外对其离线或静カ实验研究较多，在线检测技术研究较少，且大多处于实验室阶段。目前已采用的保持架在线检测技术主要利用现有传感器的无线测量特性，如利用激光传感器对保持架的位移与运动速度进行检測。而对于滚动轴承的保持架温度和应カ在线测量，尚无可直接应用于实际エ况下的測量方案。
发明内容
本发明的目的在于提出一种针对实际エ况下的滚动轴承保持架温度和应カ的在线监测系统及方法，该监测系统基于“无线供能+微型传感+无线数据收发”技木，能够对保持架温度和应カ进行实时高效的在线监測。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的—种保持架温度及应カ在线监测系统，包括无线供能�？�、传感器�？椤⑽尴呤莶杉⑸淠？�、无线数据接收处理�？榧吧衔换凰鑫尴吖┠苣？槎源衅髂？楹臀尴呤莶杉⑸淠？楣┑纾凰龃衅髂？槲露燃坝Ε⑿痛衅鳎沧霸诠龆岢械谋３旨苌希凰鑫尴呤莶杉⑸淠？椴杉衅髂？榈氖莶⒔形尴叻⑸洌凰鑫尴呤萁邮沾砟？榻邮瘴尴呤莶杉⑸淠？榉⒊龅男藕挪⒋透衔换凰錾衔换越邮帐萁蟹治龊褪凳毕允�。 本发明进一步的改进在于所述无线供能�？榘芰糠⑸浜湍芰拷邮漳？椋芰糠⑸淠？榘芰糠⑸淠？榈缏泛湍芰糠⑺拖呷Γ芰拷邮漳？榘芰拷邮漳？榈缏泛湍芰拷邮障呷Γ荒芰拷邮漳？榈缏钒沧霸诮橛诠鲎又涞谋３旨鼙砻妫⑷脊潭ǎ荒芰拷邮障呷籼３旨芏嗣妫⒂肽芰拷邮漳？榈缏废嗔ǎ荒芰糠⑺拖呷ο喽阅芰拷邮障呷ι柚迷诒３旨芘圆啵⒂肽芰糠⑸淠？榈缏废嗔ǎ荒芰拷邮漳？橥ü芰拷邮障邍�、能量接收�？榈缏返恼鞯缏泛臀妊沟缏罚邮绽吹母杏Φ缌髯晌榷ǖ缪梗└龃衅髂？楹退鑫尴呤莶杉⑸淠？�。本发明进一步的改进在于无线数据采集发射模块安装在滚子之间的保持架表面，包含传感器调理单元、第一单片机和第一射频芯片，传感器调理单元将采集到的传感器数据转化为有效的信号数据传给第一单片机，第一单片机进行AD转换后将数据发送给第一射频芯片，再由第一射频芯片将数据以高频无线电发射出去；无线数据接收处理�？榘沧坝诒３旨芘圆啵浒ǖ诙テ偷诙淦敌酒坏诙淦敌酒邮绽醋缘谝簧淦敌酒奈尴叩绮⒆行荩⑺透诙テ诙テü鼸MIF总线送入DSP模块，同时通过エ业以太网接ロ向上位机进行数据传输。本发明进一步的改进在于所述第一单片机和第二单片机均为C8051F单片机；所述第一射频芯片和第二射频芯片的型号为IA4420。本发明进一步的改进在于所述上位机包括数据接收模块、数据分析模块和结果显示�？椋糜诒３旨芪露燃坝Ε莸慕邮眨治鼋崛”３旨芏阅芴卣鳌⑴斜鸨３旨茉诵凶刺褪凳毕允尽）`种保持架温度及应カ在线监测方法，包括以下步骤I)将温度及应カ传感器安装在滚子之间的保持架表面并固定；2)将无线数据采集发射�？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻娌⒐潭ǎ�3)将无线供能模块的能量接收�？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻娌⒐潭ǎ胫嗔哪芰拷邮障呷Π沧霸诒３旨芤欢嗣娌⒐潭ǎ�4)将无线供能�？榈哪芰糠⑸淠？楹臀尴呤萁邮沾砟？榘仓迷谥岢信圆啵鼓芰糠⑸淠？榈哪芰糠⑺拖呷τ肽芰拷邮障呷φ裕�5)初始化系统，在上位机上设定数据采集时间间隔；6)温度及应カ传感器实施采集保持架的温度及应カ数据，传送给无线数据采集发射�？椋尴呤莶杉⑸淠？椴杉衅髂？榈氖莶⒔形尴叻⑸洌尴呤萁邮沾砟？榻邮瘴尴呤莶杉⑸淠？榉⒊龅男藕挪⒋透衔换衔换越邮帐萁蟹治龊褪凳毕允�。相对于现有技术，本发明的有益效果在于本发明针对保持架的特殊条件开发出在线监测系统，采用微型传感�？椋掖心？楹褪莶杉⑸淠？榈墓┠芗靶藕攀莸氖辗⒕捎梦尴呒际酰芄欢员３旨芪露燃坝Ε惺凳备咝У脑谙呒鄿y。本发明ー种保持架温度及应カ在线监测系统及方法，该系统基干“无线供能技木+微型传感技术+无线数据收发技木”;采用基于MEMS技术的微型温度和应カ传感器，将温度和应カ变化转变为电压信号，然后将电压信号通过无线数据采集发射�？榻蟹⑺停晌尴呤萁邮沾砟？榻薪邮眨ü鼸MIF送入DSP�？榻惺荽恚蓖üㄒ狄蕴鹰硐蛏衔换惺荽洌⒉捎没诘绱耪竦蠢砺鄣奈尴吖┠芗际跷衅骱臀尴呤莶杉⑸淠？楣┠堋１痉⒚魈峁┝吮３旨芏阅茉谙呒嗖獾男路椒ǎ饩隽吮３旨芏虏灰撞枷叩奈侍猓芄患笆弊既返氐贸霰３旨芏阅苁荩欣诩笆奔觳獬鲋�、承早期故障和更换轴承，为工业领域带来极大的经济效益。
图I是本发明一种保持架温度及应力在线监测系统的结构框图；图2是本发明�？榘沧笆疽馔迹煌�3是本发明无线供能�？榈闹饕缏吠迹煌�4是本发明无线数据采集发射模块结构图；图5是本发明无线数据接收处理�？榻峁雇迹� 图6是本发明无线数据收发�？榈テ绦蚩刂屏鞒掏迹煌�7a和图7b是本发明无线数据收发模块收发芯片IA4420数据发射和接收程序流程图。
具体实施例方式请参阅图I所示，本发明一种保持架温度及应力在线监测系统，包括无线供能模块、传感器模块、无线数据采集发射�？椤⑽尴呤萁邮沾砟？榧吧衔换凰鑫尴吖┠苣？榘芰糠⑸淠？楹湍芰拷邮漳？椋洳捎没诘绱鸥杏υ淼奈尴吖┠芗际酰迪直３旨芪露燃坝αΣ饬康脑谙吖┠埽凰龃衅髂？槲露燃坝αξ⑿痛衅鳎沧霸诒３旨苌希凰鑫尴呤莶杉⑸淠？榘衅鞯骼淼缏罚⑼üテ蜕淦凳辗⑿酒琁A4420实现数据采集和无线发射；所述无线数据接收处理�？樵蚪硪蛔镮A4420和单片机接收的数据，通过EMIF (External Memory Interface,外部存储器接口)总线送入DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)模块进行数据处理，同时通过工业以太网接口向上位机进行数据传输；上位机接收数据并进行相关分析和实时显示。下面结合附图对本发明具体实施例做进一步详细描述根据图1，首先能量发射�？槎阅芰拷邮漳？榻形尴吖┠埽榷ǖ牡缪梗芰拷邮漳？榧潭源衅髂？楹臀尴呤莶杉⑸淠？楣┑纾晃尴呤莸氖辗⒃蛲ü尴呤莶杉⑸淠？橥瓿啥源衅髂？榈男藕挪杉⒔萦善浒纳淦敌酒莘⑸涑鋈ィ尴呓邮沾砟？橥陨淦敌酒邮眨蛔詈笪尴呤萁邮沾砟？榻邮盏降氖荽透衔换�。根据图2，主要部件安装为将传感器�？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻妫尴呤莶杉⑸淠？楹湍芰拷邮漳？榈哪芰拷邮漳？榈缏飞杓莆〕叽绲缏钒澹沧霸诮橛诠鲎又涞谋３旨鼙砻妫⑷脊潭ǎ荒芰拷邮漳？榈哪芰拷邮障呷υ蚪籼３旨芏嗣妫⒂肽芰拷邮漳？榈缏废嗔ǎ欢芰糠⑸淠？榈哪芰糠⑺拖呷ο喽阅芰拷邮障呷Π仓迷诒３旨芨浇⒂肽芰糠⑸淠？榈哪芰糠⑸淠？榈缏废嗔ǎ欢尴呤萁邮沾砟？楹湍芰糠⑸淠？榈缏吩蚋菔导使た霭仓迷诒３旨芨浇�。根据图3，本发明无线供能�？橹校琒I、S2、S3、S4为四个功率MOSFET，SI、S2组成左半桥，S3、S4组成右半桥，无线供能过程为全桥驱动电路产生分时信号，提供给SI、S2、S3、S4使四个MOSFET分时导通，这时就会在LC回路中形成交变电流，在线圈L周围产生交变磁场,通过电磁感应作用,接收线圈中产生感应电流,再通过接收回路中的整流稳压电路，最终产生可供使用的稳定直流电压。
根据图4，无线数据采集发射模块完成数据的采集和发射，具体为传感器调理包含信号变换、信号调理电路，将采集到的传感器数据转化为有效的信号数据，单片机I则实现数据的AD转换，并将数据发送给射频芯片1，再由射频芯片I将数据以高频无线电发射出去。根据图5，无线数据接收处理�？橥瓿墒莸慕邮�、存储、暂处理及向上位机的传送，具体为射频芯片2接收来自射频芯片I的无线电并转化为有效数据，发送给单片机2，单片机2通过EMIF总线送入DSP�？榻惺荽恚蓖üひ狄蕴涌谙蛏衔换惺荽�。根据图6，在数据收发过程中单片机的控制流程为启动上位机，在上位机监测软件操作界面设定数据采集的时间间隔，并定时向单片机2发送唤醒信号，单片机2被唤醒后射频芯片2被唤醒，射频芯片2对射频芯片I发送唤醒信号，射频芯片I、单片机I被唤醒，单片机I被唤醒后通过与射频芯片I通讯将射频芯片I设置为发射模式并待机，单片机I启动信号采集并读取数据，数据送入射频芯片I并启动发送；在射频芯片2启动发送唤醒信号后有IOOus的延时，延时保证了唤醒信号完成发射，之后射频芯片2配置为接收模式，判断射频芯片2的nIRQ是否为0 (即判断射频芯片2是否完成数据的接收)，单片机2读取射频芯片2的数据并转化成DSP和上位机易于识别的ASCII码，并传送给DSP和上位机，完成传送配置为发射模式并待机，最终进入睡眠模式。根据图7a和图7b，图7a为发射状态流程图，图7b为接收状态流程图，收发芯片IA4420完成数据收发的具体流程为(I)发射流程初始化，打开发送数据寄存器，判断nIRQ是否为0 (即判断是否有来自外部的中断信号)，不为0则没有外部中断，继续等待，为0则有外部中断，继而单片机通过SPI通讯将数据写入IA4420，接着IA4420开始发射数据，并联系判断数据是否发送完毕，IA4420开始判断数据是否发送完毕，否继续等待，是则关闭发送寄存器，返回初始状态；(2)接收流程初始化，打开接收数据寄存器，判断nIRQ是否为0 (即判断来自发射芯片的数据是否接收完毕)，否继续等待，是则单片机通过SPI端口读取IA4420内FIFO (先入先出缓存器)内数据，接着判断数据是否发送完毕，否等待，是则关闭 接收寄存器，返回初始状态。
权利要求
1.一种保持架温度及应力在线监测系统，其特征在于包括无线供能�？�、传感器�？椤⑽尴呤莶杉⑸淠？�、无线数据接收处理�？榧吧衔换凰鑫尴吖┠苣？槎源衅髂？楹臀尴呤莶杉⑸淠？楣┑纾凰龃衅髂？槲露燃坝αξ⑿痛衅鳎沧霸诠龆岢械谋３旨苌希凰鑫尴呤莶杉⑸淠？椴杉衅髂？榈氖莶⒔形尴叻⑸洌凰鑫尴呤萁邮沾砟？榻邮瘴尴呤莶杉⑸淠？榉⒊龅男藕挪⒋透衔换凰錾衔换越邮帐萁蟹治龊褪凳毕允�。
2.根据权利要求I所述的保持架温度及应力在线监测系统，其特征在于所述无线供能�？榘芰糠⑸浜湍芰拷邮漳？椋芰糠⑸淠？榘芰糠⑸淠？榈缏泛湍芰糠⑺拖呷Γ芰拷邮漳？榘芰拷邮漳？榈缏泛湍芰拷邮障呷Γ荒芰拷邮漳？榈缏钒沧霸诮橛诠鲎又涞谋３旨鼙砻妫⑷脊潭ǎ荒芰拷邮障呷籼３旨芏嗣妫⒂肽芰拷邮漳？榈缏废嗔ǎ荒芰糠⑺拖呷ο喽阅芰拷邮障呷ι柚迷诒３旨芘圆啵⒂肽芰糠⑸淠？榈缏废嗔ǎ荒芰拷邮漳？橥ü芰拷邮障呷Α⒛芰拷邮漳？榈缏返恼鞯缏泛臀妊沟缏罚邮绽吹母杏Φ缌髯晌榷ǖ缪梗└龃衅髂？楹退鑫尴呤莶杉⑸淠？椤�
3.根据权利要求I或2所述的保持架温度及应力在线监测系统，其特征在于无线数据采集发射�？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻妫衅鞯骼淼ピ�、第一单片机和第一射频芯片，传感器调理单元将采集到的传感器数据转化为有效的信号数据传给第一单片机，第一单片机进行AD转换后将数据发送给第一射频芯片，再由第一射频芯片将数据以高频无线电发射出去；无线数据接收处理模块安装于保持架旁侧，其包括第二单片机和第二射频芯片；第二射频芯片接收来自第一射频芯片的无线电并转化为有效数据，发送给第二单片机，第二单片机通过EMIF总线送入DSP模块，同时通过工业以太网接口向上位机进行数据传输。
4.根据权利要求3所述的保持架温度及应力在线监测系统，其特征在于所述第一单片机和第二单片机均为C8051F单片机；所述第一射频芯片和第二射频芯片的型号为IA4420。
5.根据权利要求I所述的保持架温度及应力在线监测系统，其特征在于所述上位机包括数据接收模块、数据分析�？楹徒峁允灸？椋糜诒３旨芪露燃坝ακ莸慕邮眨治鼋崛”３旨芏阅芴卣�、判别保持架运行状态和实时显示。
6.一种基于权利要求I至5中任一项所述保持架温度及应力在线监测系统的保持架温度及应力在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将温度及应力传感器安装在滚子之间的保持架表面并固定； 2)将无线数据采集发射�？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻娌⒐潭ǎ� 3)将无线供能�？榈哪芰拷邮漳？榘沧霸诠鲎又涞谋３旨鼙砻娌⒐潭ǎ胫嗔哪芰拷邮障呷Π沧霸诒３旨芤欢嗣娌⒐潭ǎ� 4)将无线供能�？榈哪芰糠⑸淠？楹臀尴呤萁邮沾砟？榘仓迷谥岢信圆啵鼓芰糠⑸淠？榈哪芰糠⑺拖呷τ肽芰拷邮障呷φ裕� 5)初始化系统，在上位机上设定数据采集时间间隔； 6)温度及应力传感器实施采集保持架的温度及应力数据，传送给无线数据采集发射�？椋尴呤莶杉⑸淠？椴杉衅髂？榈氖莶⒔形尴叻⑸洌尴呤萁邮沾砟？榻邮瘴尴呤莶杉⑸淠？榉⒊龅男藕挪⒋透衔换衔换越邮帐萁蟹治龊褪凳毕允�。
全文摘要
本发明公开了一种保持架温度及应力在线监测系统及方法，该系统包括无线供能�？�、传感器�？�、无线数据采集发射�？�、无线数据接收处理�？榧吧衔换凰鑫尴吖┠苣？槎源衅髂？楹臀尴呤莶杉⑸淠？楣┑纾凰龃衅髂？槲露燃坝αξ⑿痛衅鳎沧霸诠龆岢械谋３旨苌希凰鑫尴呤莶杉⑸淠？椴杉衅髂？榈氖莶⒔形尴叻⑸洌凰鑫尴呤萁邮沾砟？榻邮瘴尴呤莶杉⑸淠？榉⒊龅男藕挪⒋透衔换凰錾衔换越邮帐萁蟹治龊褪凳毕允�。本发明解决了保持架动态下不易布线的问题，能够及时准确地得出保持架动态性能数据，有利于及时检测出轴承早期故障和更换轴承，为工业领域带来极大的经济效益。
文档编号G01L1/00GK102680123SQ20121017391
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者刘恒, 景敏卿, 李军, 李猛 申请人:西安交通大学
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