压电阵列径向分布的二维振动能量采集器

为了有效采集多个方向的振动能量,本文提出了一种圆柱形的压电阵列径向分布的二维(2D)振动能量采集器。通过将柔性弧形压电阵列径向分布在圆柱体上,该采集器可以收集到二维(2D)平面内任意方向的振动能量。同时,引入了角度带宽来描述采集器获取二维振动能量的能力。实验结果表明:这种新型结构采集器的角度带宽接近180°;而且,通过把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件进行反向串联,采集器的最大输出电压可以达到11.6V;当把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件反向并联时,最大输出功率达到13.5μW。与传统的悬臂式压电振动能量采集器相比,该二维(2D)采集器具有更好的多方向振动能量采集性能。     

输送带纵向撕裂故障检测系统信号采集器的研究

提出一种输送带纵向撕裂故障检测系统信号采集器的设计方案。该信号采集器包括线阵CMOS传感器模块、信号采集控制模块和数据处理传输模块。采用线阵CMOS传感器ELIS-1024设计了CMOS传感器模块;采用XC3S500E芯片设计了信号采集控制模块,采用VHDL语言编写FPGA程序;采用TMS320C6748芯片设计了数据处理传输模块。搭建了输送带纵向撕裂故障检测系统信号采集器的实验平台,并进行了实验。结果表明:该信号采集器能够实现对线阵CMOS传感器信号的采集、存储和处理,并通过以太网传输到上位机的功能,具有采集信号质量好、可靠性高、组网方便等优点。     

滚动轴承故障诊断与检测研究

提供了一种用于故障诊断检测研究的通过分析振动信号波形和频谱进行故障诊断检测技术,借助机械振动分析及轴承故障诊断试验台进行测试,将传感器安装在试验台的轴承座上,输出直接接到采集器端口,采集器将振动信号采集输入到计算机中,观察并记录得到的振动信号波形和频谱,通过频谱的变化规律,找出有缺陷的轴承,并与实验结果进行对比,验证该方法的可行性,有助于对滚动轴承缺陷精确的定性、定量表征作更进一步的理论研究,为后续状态监测提供参考,为实现机电设备的预测性维修提供可靠方法。     

基于FPGA和ARM的线阵CCD信号采集器的设计

文中提出了一种基于FPGA和ARM的线阵CCD信号采集器的设计方案。选用XC3S500E(FPGA)芯片和S3C2440(ARM)芯片设计了线阵CCD信号采集器的硬件电路;采用Verilog HDL和C语言分别编写了信号采集器的软件。搭建了线阵CCD信号采集系统,并进行了实验。结果表明,该采集器能够实现线阵CCD信号的采集、存储、处理,以及通过以太网传输到上位机的功能,具有采集信号质量好、可靠性高、传输速率高、人机交互好、组网方便等优点,在工业生产监测中具有广泛的应用价值。     

多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试

为了提升压电悬臂梁采集振动能量的能力,研究了一种具有多频振动响应的振动能量采集器。在压电悬臂梁与振动激励源之间增加一个附加梁,压电悬臂梁和附加梁的末端分别安装一个质量块,压电悬臂梁和附加梁垂直连接。附加梁的末端质量被设计为远大于压电梁的末端质量,而压电梁的一阶谐振频率在附加梁的前两阶谐振频率之间。采用该设计,压电悬臂梁的振动响应是多个谐振频带的叠加。通过建立机电解析模型,描述了所提出的振动能量采集器的振动响应和发电特性,同时制作了一个振动能量采集器样机进行试验,结果表明,与传统的悬臂梁振动能量采集器相比,所提出的振动能量采集器可以在更宽的频带范围内采集更多的振动能量。     

某循环海水泵振动故障诊断与趋势分析

针对某CPR1000核电机组因循环海水泵的下部滚动轴承振动大、存在紧急降负荷运行或停运的风险,开展了振动故障诊断与趋势分析。通过分析该BCV 285型循环海水泵运行中的振动尖峰能量信号和振动速度均方根信号,发现该轴承外环滚道存在局部剥落且发生共振是海水泵振动大的主要原因。通过采取强化轴承的润滑和加强基础刚度等措施,减小了海水泵的共振响应。实践表明,实时监测振动速度均方根值的变化趋势可以指导该型循环海水泵的安全运行。     

三稳态压电能量采集器的动态特性与实验

为了探究三稳态压电振动能量采集器的动力学特性,以磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器(tristable piezoelectric vibration energy harvester,简称TPVEH)为研究对象,利用磁荷法、力平衡和基尔霍夫定律分别建立了采集器末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型和系统集总参数动力学模型。仿真分析了磁铁间距、激励加速度幅值和频率等参数对采集器动力学特性和采集电压的影响。研制了三稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明,随着激励加速度幅值增大,能量采集器依次经历单稳态、双稳态和三稳态3种运动状态,且三稳态运动时的工作频带和输出性能(位移、速度和采集电压)比双稳态和单稳态时要高。     

非线性压电式能量采集器

由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压,本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程,对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下,测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压,结果表明,当激振台加速度为20m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131V提高到208V,最大输出功率为43.264mW,主共振频率变化范围达到18Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率,同时提高其输出电压。     

基于惯性旋转结构的低频振动能量采集器研究

对周围环境一些常见振动源进行采样与频谱分析,结果表明,低频振动源分布广泛且通常具有较大的振动加速度,是振动能量采集的理想来源。针对低频振动源,提出一种基于惯性旋转结构的能量采集器,可以将直线运动转换为高速惯性旋转运动,并对其工作原理与动力学模型进行详细分析。试验结果表明,该能量采集器可以从成年人的一次踩踏中收集到85.2 mJ能量,瞬时输出功率最高可达32.2 mW。通过持续收集人体行走产生的能量,该能量采集器能够成功驱动一个无线传感健康监测系统正常工作。此外,通过优化器件的尺寸及结构,该能量采集器还可以被用于采集海洋波浪能量,其平均输出功率可达112.2 mW,功率密度为58.87 μW/cm³,并探究了器件结构参数、外界激励条件等因素对输出的影响。     

高速列车轴箱振动无线采集器

随着铁路事业的飞快发展,列车运行速度越来越快,其运行安全显得尤为重要。轴箱作为列车走行部的关键部件,其振动情况可以很好地反映出列车的运行安全状态,本文介绍以JN5139低功耗无线通信模块和C8051F021单片机为基础,用于采集高速列车轴箱振动信号无线采集器的设计。     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5 mW和0.125 9 mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现：风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5mW和0.125 9mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现:风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。     

基于STM32F407的风机故障检测远程振动信号采集方法

针对工业上风机故障检测的远程振动信号采集需求,设计了一种基于相关算法的远程振动信号采集方法;STM32F407微控制器使用基频脉冲信号作为相位计算的基准,并使用64倍频脉冲信号作为模数转换的触发源,使振动频率无论如何变化采样频率都始终保持为振动频率的64倍;STM32F407微控制器完成采集后使用相关算法计算幅值和相角并通过SIM900A通信模块直接将结果和振动数据经由GPRS网络传输给上位机。实验表明,该方法可以实现振动信号的高精度远程采集。     

基于自适应采样频率与AD7606的振动信号采集方法

针对工业上的高精度振动信号采集需求,提出了一种使用锁相环倍频电路自动控制AD7606采样频率的3 kHz超高速振动信号采集方法;实现了无论振动频率如何变化,采样频率都会因为锁相环的作用而始终保持为振动频率的固定倍数;STM32F407通过捕获机械设备的旋转光电脉冲信号计算振动频率并通过并口完成与AD7606的数据传输;信号采集完成后,STM32F407使用离散傅里叶变换计算振动信号的幅值和相角并通过串口将数据传输给上位机。实验表明,该方法可以实现超高速旋转设备振动信号的高精度采集。     

基于LabVIEW的中空结构铝合金高速铣削加工噪声试验系统设计

利用虚拟仪器的直观、编程便捷的优点,基于LabVIEW平台构建了一种新的中空结构铝合金高速铣削加工信号采集系统,并利用此系统进行了高速铣削实验研究。试验表明:该系统不仅可以实时地采集高速铣削加工时的振动、噪声信号,同时在采集的过程中可以对信号及其功率频谱进行观测,并可将采集的信号进行实时存储,为后续信号分析和进一步深入研究提供方便。     

某型直升机振动信号采集系统设计

振动信号分析是直升机状态监控的重要研究内容之一。针对某型直升机飞参系统缺记振动数据的问题,设计了对应的振动信号采集系统,可实现多通道5 k Hz高速振动信号采集。详细介绍了振动信号采集系统的总体结构、传感器选型布局、信号调理变换电路及飞参综合采集记录器,装机试验结果表明该系统工作稳定可靠。利用FFT对采集的数据进行分析可以得到直升机振动频谱图,找到存在的主要振动频率,为状态监控和故障诊断奠定基础。     

宽频压电振动能量采集器的实验研究

为改善线性单频谐振式压电振动能量采集器的输出性能,研制了双自由度宽频压电振动能量采集器样机模型,搭建了样机实验测试平台,研究了系统刚度比和负载电阻等参数对能量采集器输出性能的影响。通过调节系统刚度比,不仅可以拓宽压电振动能量采集器的工作率带,还提高了压电振动能量采集器的输出电压和输出功率。结果表明:在基础振动加速度为40m/s~2和负载电阻为471kΩ条件下,双自由度宽频压电能量采集器的工作频带是单频系统的7倍,最大输出功率是单频系统的4.5倍。     

基于ARM架构的多通道振动信号采集与故障诊断系统设计

针对传统采集模块动态范围小、采样精度低、采样通道少等问题，设计了一套基于ARM架构的多通道振动信号采集与故障诊断系统。该系统硬件部分由STM32核心控制单元、压电式加速度传感器、信号调理模块和A/D转换模块组成，软件部分采用Visual Studio进行上位机设计。传感器采集振动信号数据，经A/D转换后传输至STM32微控制器，STM32通过网口模块将数据发送至PC。将振动信号通过传感器采集上来，对振动信号小波去噪然后进行时域和频域分析，分析获取传感器信号特征，根据振动信号振幅的有效值以及振动信号的频谱来实现故障诊断。并与普通得数据采集卡做了误差对比，实验结果表明：本文设计的系统可以达到97 dB的大动态范围信号采样，精度更好，有良好的实际应用价值。     

采用复合磁电换能器的宽带振动能量采集器

采用磁致伸缩/压电层合磁电换能器设计了一种新型的宽带振动能量采集器,采集器由多个悬臂梁、磁电换能器和永磁体组成,将磁电换能器和提供磁场的永磁铁分别与悬臂梁构成具有不同固有频率的弹性结构,从而响应不同频率的机械振动.推导了换能器和永磁体组间磁力作用下能量采集器的动力学方程及其电输出模型;借助磁场分析软件Ansoft's Maxwell研究了影响能量采集器的频率特性及电能输出的因素,为获得最优性能的能量采集器提供设计依据.根据分析设计了振动能量采集装置并进行了实验,实验结果表明:在振动加速度为0.2 g(g=9.8 ms-2)时,当两悬臂梁间频率差为3.6Hz时,振动能量采集器响应频带宽度从单梁结构的0.8 Hz增加到双梁结构的5.0 Hz,负载电阻为1 900Ω时,其上的功率达到最大0.22 mW.     

自供电传感监测的煤机械振动能量采集器设计

振动和温度信号是反映煤机械设备工作状态的重要参数,针对采煤机状态监测中环境复杂、布线困难等问题,设计一种自供电传感监测的煤机械振动能量采集器,该采集器由磁悬浮式电磁发电机、晶体二极管升压电路、能源管理电路组成。依据煤机系统工作自身振动特点,利用电磁感应原理采集振动能量并实施力电转换,供给无线传感装置,最后将环境温度及加速度信号通过无线传输至接收端,从而提升探测系统整体续航能力。采用晶体二极管升压电路,将高频振动环境下发电装置输出由1.4 V升至4.4 V给电路系统正常连续供电,电压提升效果最高可达3.14倍。解决了矿井下煤机械工作时振动频率较大,振幅较小,电磁发电机输出电压较小的问题,提升了复杂环境下探测系统的稳定性、集成度和续航能力,实现煤机械无线无源监测。