基于自供电的发动机振动故障监测系统研究

发布时间：2017-09-04 23:19

  本文关键词：基于自供电的发动机振动故障监测系统研究

  更多相关文章： 发动机振动 振动能量收集器 电源管理 加速度传感节点 无线传感网

【摘要】：基于发动机振动信号分析的发动机状态监测与故障诊断方法是提高发动机应用的可靠性和减少修理维护工作的盲目性的重要手段。为了尽可能完整、准确的提取发动机的振动信号作为发动机状态监测与故障诊断的依据,常需要在发动机整机的不同位置放置多个无线加速度传感节点来获取振动信息。然而,为无线加速度传感节点寻找“无电池”的自供电方式是不可避免的需要解决的关键问题。本论文提出使用压电振动能量收集器作为传感节点的“无电池”方案,重点研究了自供电振动监测节点微型压电能量收集器、电源管理电路、传感器驱动程序、低功耗无线传感协议等关键技术,为压电自供电技术的成熟使用做出了有意义的探索。论文首先分析了振动能量收集技术实际应用于发动机状态检测与故障诊断系统的必要性和可能性。其次,论文以船舶发动机为振动监测对象,现场实测了“朝天宫”号6170型柴油发动机在逆流和顺流时等正常工况下缸盖表面的振动信号,分析了发动机的振动激励源以及振动信号的特性。并在此基础上,提出了使用压电振动能量收集器作为振动监测节点的“无电池”方案,分析了压电能量采集电源管理电路技术、超低功耗无线传感网技术、为发动机振动监测系统研制提供了理论依据。论文根据电源管理电路以“时间换取能量的”原则,考虑到振动监测关键传感器加速度计只能实现间歇式供电的条件,设计了稳定可靠的驱动程序。移植了适用的SimpliciTI低功耗无线传感网络协议,编写了振动监测节点、中继节点、控制节点软件、PC端上位机软件,搭建了从节点的振动数据采集到PC机显示的无线传感网。最后,论文研制了自供电发动机振动监测系统样机,搭建了基于压电振动能量收集器的自供电振动监测系统的测试平台,完成自供电发动机振动监测系统样机性能测试与分析。测试结果表明,系统能够稳定、周期性地监测到发动机振动信号,并通过上位机软件解析显示。
【关键词】：发动机振动 振动能量收集器 电源管理 加速度传感节点 无线传感网
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U672
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景与意义8-10
• 1.2 自供电发动机故障监测研究现状10-11
• 1.3 论文研究目标以及研究内容11-13
• 1.3.1 论文研究目标11
• 1.3.2 论文研究内容11-13
• 2 自供电发动机振动故障监测系统理论分析13-26
• 2.1 发动机振动信号特性分析13-16
• 2.1.1 发动机的振动激励源13
• 2.1.2 发动机的振动信号13-14
• 2.1.3 6170型船舶柴油发动机的振动信号分析14-16
• 2.2 微型压电振动能量收集器16-21
• 2.2.1 基本原理16-18
• 2.2.2 基本结构18-19
• 2.2.3 理论模型19-21
• 2.3 能量收集电源管理电路理论基础21-23
• 2.4 自供电无线传感网络架构设计23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 3 自供电发动机振动故障监测系统硬件设计26-37
• 3.1 硬件系统架构26-27
• 3.2 MEMS压电振动能量收集器27-29
• 3.2.1 核心单元结构27-28
• 3.2.2 606Hz器件结构参数28-29
• 3.3 电源管理电路设计29-30
• 3.4 能量存储电路设计30-32
• 3.5 加速度传感器电路设计32-33
• 3.6 CC430无线传输电路设计33-34
• 3.6.1 CC430F5137接口设计33-34
• 3.6.2 天线设计34
• 3.7 自供电无线传感节点电路34-36
• 3.8 本章小结36-37
• 4 自供电发动机振动故障监测系统软件设计37-48
• 4.1 低功耗无线协议比较及选择37-39
• 4.2 振动监测节点软件设计39-45
• 4.2.1 加速度计驱动软件设计39-41
• 4.2.2 无线数据传输软件设计41-45
• 4.3 上位机软件设计45-47
• 4.3.1 Tcl脚本语言46
• 4.3.2 驱动软件设计46-47
• 4.3.3 用户界面设计47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 自供电发动机振动故障监测系统平台搭建与实验测试48-57
• 5.1 测试平台搭建48-50
• 5.2 振动故障监测节点测试50-54
• 5.2.1 MEMS压电换能器的性能测试50-52
• 5.2.2 电源管理电路测试52-53
• 5.2.3 能量存储电路测试53-54
• 5.3 数据无线收发及用户界面测试54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 6 总结57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 工作展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-62
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录62

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4 李公法;孔建益;幸福堂;王兴东;刘怀广;刘源l，

本文编号：794436