本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障檢測，具體涉及一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器結(jié)構(gòu)、處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今社會，市面上測量物體振動頻率的傳感器種類繁多，從根本原理上來說可以分為三類：位移換能式、速度換能式、加速度換能式。將振動量轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈱W(xué)的、機(jī)械的或電學(xué)的信號。通過捕捉振動信號的變化，來判斷運(yùn)作中的機(jī)械是否發(fā)生故障。

2、目前，振動傳感器中主流使用壓電陶瓷作為換能器，會使得傳感器受溫度影響較大，而且因?yàn)閴弘娞沾傻木永餃囟认噍^于現(xiàn)在的超磁致伸縮材料來說較低，工作溫度因此受限。而且壓電陶瓷的能量轉(zhuǎn)換效率也較低，損耗較大。

3、因此，如何設(shè)計(jì)一種能夠耐高溫，能量轉(zhuǎn)換效率高的振動頻率的傳感器，是一個亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供基于磁致伸縮原理的振動傳感器結(jié)構(gòu)、處理方法及系統(tǒng)，使用磁致伸縮材料作為振動傳感器的一部分，使振動傳感器可以在更高溫下使用，同時(shí)，根據(jù)磁致伸縮原理對振動位移進(jìn)行測量，并通過對數(shù)據(jù)分析獲得振動頻率特性，使測量精度高、響應(yīng)速度快、靈敏度高。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器結(jié)構(gòu)，包括主體結(jié)構(gòu)和探頭結(jié)構(gòu)；所述主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有硬件處理裝置和電源；所述主體結(jié)構(gòu)還包括連接線纜、顯示屏和按鈕；

3、所述探頭結(jié)構(gòu)包括探頭外殼和探頭前蓋；所述探頭外殼內(nèi)部設(shè)有波導(dǎo)絲，所述波導(dǎo)絲一端通過所述探頭外殼底部圓孔與所述連接線纜相接；所述波導(dǎo)絲另一端依次穿過磁環(huán)、質(zhì)量塊和彈簧。

4、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方案，所述波導(dǎo)絲外圍還設(shè)有感應(yīng)線圈；所述磁環(huán)通過無磁螺釘與所述質(zhì)量塊進(jìn)行螺接；所述磁環(huán)與所述質(zhì)量塊外圍設(shè)有弧形槽，并與所述探頭外殼內(nèi)側(cè)的凹槽相對應(yīng)；所述探頭外殼內(nèi)側(cè)的凹槽中設(shè)有鋼珠，使所述磁環(huán)與所述質(zhì)量塊沿所述波導(dǎo)絲軸向運(yùn)動。

5、本發(fā)明還提供一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理方法，包括：

6、通過按鈕發(fā)送開始信號至stm32微控制器，所述stm32微控制器通過spi通訊控制tdc-gp22計(jì)時(shí)電路初始化，并開始計(jì)時(shí)；

7、所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路開始計(jì)時(shí)后，向脈沖放大電路發(fā)出小電壓電脈沖信號并記錄此時(shí)的時(shí)間刻度t1；

8、所述脈沖放大電路將從所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路接收到的電脈沖信號進(jìn)行放大，生成大電壓電脈沖信號；

9、所述大電壓電脈沖信號沿波導(dǎo)絲進(jìn)行傳播，當(dāng)傳播至磁環(huán)時(shí)，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，所述大電壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械扭轉(zhuǎn)波；

10、當(dāng)所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波沿所述波導(dǎo)絲傳遞至檢測線圈時(shí)，所述檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并將所述感應(yīng)電動勢傳遞至濾波放大電路；

11、所述濾波放大電路將接收到的所述感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換為所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路可以讀取的電壓信號，并將所述電壓信號傳遞至所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路；

12、所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路對接收到所述電壓信號時(shí)間t2與發(fā)出所述小電壓電脈沖信號的時(shí)間t1的間隔進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)束時(shí)，所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路的引腳產(chǎn)生電平翻轉(zhuǎn)；

13、所述stm32微控制器測到因電平翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的信號變化后，產(chǎn)生中斷；在中斷過程中，所述stm32微控制器通過spi通訊讀取所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路中儲存的數(shù)據(jù)；所述stm32微控制器將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲；

14、所述stm32微控制器控制所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路進(jìn)行下一輪計(jì)時(shí)，經(jīng)過循環(huán)迭代計(jì)算，直到所述stm32微控制器中存儲的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止迭代計(jì)算；

15、所述stm32微控制器將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得振動頻率特性數(shù)據(jù)，并將所述振動頻率特性數(shù)據(jù)傳遞至顯示屏對外輸出。

16、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理方法的優(yōu)選方案，在所述大電壓電脈沖信號沿所述波導(dǎo)絲傳播至所述磁環(huán)，所述大電壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波的過程中，傳感器的探頭結(jié)構(gòu)與測量器件進(jìn)行接觸，所述測量器件的振動信號經(jīng)探頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部的彈簧傳遞至所述磁環(huán)，使所述磁環(huán)沿所述波導(dǎo)絲軸向進(jìn)行移動；根據(jù)所述磁環(huán)的位置移動變化，所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路計(jì)算的時(shí)間間隔產(chǎn)生變化。

17、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理方法的優(yōu)選方案，在所述stm32微控制器將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲的過程中，所述stm32微控制器將得到的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)與所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波的波速相乘計(jì)算，獲得位移數(shù)據(jù)；所述stm32微控制器將此時(shí)的時(shí)間與所述位移數(shù)據(jù)組成二維數(shù)據(jù)并保存。

18、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理方法的優(yōu)選方案，在所述stm32微控制器將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得振動頻率特性數(shù)據(jù)的過程中，所述stm32微控制器通過離散傅里葉變換策略，將存儲的數(shù)據(jù)從時(shí)域變換到頻域，獲取頻率特性。

19、本發(fā)明還提供一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理系統(tǒng)，包括：

20、stm32微控制器啟動模塊，用于通過按鈕發(fā)送開始信號至stm32微控制器，所述stm32微控制器通過spi通訊控制tdc-gp22計(jì)時(shí)電路初始化，并開始計(jì)時(shí)；

21、tdc-gp22計(jì)時(shí)電路信號發(fā)送模塊，用于所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路開始計(jì)時(shí)后，向脈沖放大電路發(fā)出小電壓電脈沖信號并記錄此時(shí)的時(shí)間刻度t1；

22、脈沖放大電路放大模塊，用于所述脈沖放大電路將從所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路接收到的電脈沖信號進(jìn)行放大，生成大電壓電脈沖信號；

23、磁環(huán)機(jī)械扭轉(zhuǎn)波轉(zhuǎn)換模塊，用于所述大電壓電脈沖信號沿波導(dǎo)絲進(jìn)行傳播，當(dāng)傳播至磁環(huán)時(shí)，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，所述大電壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械扭轉(zhuǎn)波；

24、檢測線圈感應(yīng)模塊，用于當(dāng)所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波沿所述波導(dǎo)絲傳遞至檢測線圈時(shí)，所述檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并將所述感應(yīng)電動勢傳遞至濾波放大電路；

25、濾波放大電路轉(zhuǎn)換模塊，用于所述濾波放大電路將接收到的所述感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換為所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路可以讀取的電壓信號，并將所述電壓信號傳遞至所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路；

26、tdc-gp22計(jì)時(shí)電路信號接收模塊，用于所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路對接收到所述電壓信號時(shí)間t2與發(fā)出所述小電壓電脈沖信號的時(shí)間t1的間隔進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)束時(shí)，所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路的引腳產(chǎn)生電平翻轉(zhuǎn)；

27、stm32微控制器數(shù)據(jù)處理模塊，用于所述stm32微控制器測到因電平翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的信號變化后，產(chǎn)生中斷；在中斷過程中，所述stm32微控制器通過spi通訊讀取所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路中儲存的數(shù)據(jù)；所述stm32微控制器將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲；

28、stm32微控制器迭代計(jì)算模塊，用于所述stm32微控制器控制所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路進(jìn)行下一輪計(jì)時(shí)，經(jīng)過循環(huán)迭代計(jì)算，直到所述stm32微控制器中存儲的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止迭代計(jì)算；

29、振動頻率特性數(shù)據(jù)生成模塊，用于所述stm32微控制器將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得振動頻率特性數(shù)據(jù)，并將所述振動頻率特性數(shù)據(jù)傳遞至顯示屏對外輸出。

30、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述磁環(huán)機(jī)械扭轉(zhuǎn)波轉(zhuǎn)換模塊中，在所述大電壓電脈沖信號沿所述波導(dǎo)絲傳播至所述磁環(huán)，所述大電壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波的過程中，傳感器的探頭結(jié)構(gòu)與測量器件進(jìn)行接觸，所述測量器件的振動信號經(jīng)探頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部的彈簧傳遞至所述磁環(huán)，使所述磁環(huán)沿所述波導(dǎo)絲軸向進(jìn)行移動；根據(jù)所述磁環(huán)的位置移動變化，所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路計(jì)算的時(shí)間間隔產(chǎn)生變化。

31、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述stm32微控制器數(shù)據(jù)處理模塊中，在所述stm32微控制器將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲的過程中，所述stm32微控制器將得到的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)與所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波的波速相乘計(jì)算，獲得位移數(shù)據(jù)；所述stm32微控制器將此時(shí)的時(shí)間與所述位移數(shù)據(jù)組成二維數(shù)據(jù)并保存。

32、作為一種基于磁致伸縮原理的振動傳感器處理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述振動頻率特性數(shù)據(jù)生成模塊中，在所述stm32微控制器將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得振動頻率特性數(shù)據(jù)的過程中，所述stm32微控制器通過離散傅里葉變換策略，將存儲的數(shù)據(jù)從時(shí)域變換到頻域，獲取頻率特性。

33、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：包括主體結(jié)構(gòu)和探頭結(jié)構(gòu)；所述主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有硬件處理裝置和電源；所述主體結(jié)構(gòu)還包括連接線纜、顯示屏和按鈕；所述探頭結(jié)構(gòu)包括探頭外殼和探頭前蓋；所述探頭外殼內(nèi)部設(shè)有波導(dǎo)絲，所述波導(dǎo)絲一端通過所述探頭外殼底部圓孔與所述連接線纜相接；所述波導(dǎo)絲另一端依次穿過磁環(huán)、質(zhì)量塊和彈簧。所述波導(dǎo)絲外圍還設(shè)有感應(yīng)線圈；所述磁環(huán)通過無磁螺釘與所述質(zhì)量塊進(jìn)行螺接；所述磁環(huán)與所述質(zhì)量塊外圍設(shè)有弧形槽，并與所述探頭外殼內(nèi)側(cè)的凹槽相對應(yīng)；所述探頭外殼內(nèi)側(cè)的凹槽中設(shè)有鋼珠，使所述磁環(huán)與所述質(zhì)量塊沿所述波導(dǎo)絲軸向運(yùn)動。本發(fā)明通過按鈕發(fā)送開始信號至stm32微控制器，所述stm32微控制器通過spi通訊控制tdc-gp22計(jì)時(shí)電路初始化，并開始計(jì)時(shí)；所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路開始計(jì)時(shí)后，向脈沖放大電路發(fā)出小電壓電脈沖信號并記錄此時(shí)的時(shí)間刻度t1；所述脈沖放大電路將從所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路接收到的電脈沖信號進(jìn)行放大，生成大電壓電脈沖信號；所述大電壓電脈沖信號沿波導(dǎo)絲進(jìn)行傳播，當(dāng)傳播至磁環(huán)時(shí)，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，所述大電壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械扭轉(zhuǎn)波；當(dāng)所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)波沿所述波導(dǎo)絲傳遞至檢測線圈時(shí)，所述檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并將所述感應(yīng)電動勢傳遞至濾波放大電路；所述濾波放大電路將接收到的所述感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換為所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路可以讀取的電壓信號，并將所述電壓信號傳遞至所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路；所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路對接收到所述電壓信號時(shí)間t2與發(fā)出所述小電壓電脈沖信號的時(shí)間t1的間隔進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)束時(shí)，所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路的引腳產(chǎn)生電平翻轉(zhuǎn)；所述stm32微控制器測到因電平翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的信號變化后，產(chǎn)生中斷；在中斷過程中，所述stm32微控制器通過spi通訊讀取所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路中儲存的數(shù)據(jù)；所述stm32微控制器將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲；所述stm32微控制器控制所述tdc-gp22計(jì)時(shí)電路進(jìn)行下一輪計(jì)時(shí)，經(jīng)過循環(huán)迭代計(jì)算，直到所述stm32微控制器中存儲的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止迭代計(jì)算；所述stm32微控制器將存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得振動頻率特性數(shù)據(jù)，并將所述振動頻率特性數(shù)據(jù)傳遞至顯示屏對外輸出。本發(fā)明使用磁致伸縮材料作為振動傳感器的一部分，使振動傳感器可以在更高溫下使用，同時(shí)，根據(jù)磁致伸縮原理對振動位移進(jìn)行測量，并通過對數(shù)據(jù)分析獲得振動頻率特性，使測量精度高、響應(yīng)速度快、靈敏度高。本發(fā)明還將探頭和傳感器主體分離，縮小了振動傳感器探頭體積，降低了功耗。