基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置及方法与流程

1.本发明涉及减速器故障诊断领域，尤其涉及一种基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置。


背景技术：

2.减速器是机电装备中必要且不可少的传动系统，大型机电装备涉及航天、能源、钢铁、船舶、工程机械等重要制造行业。减速器由于长期运行可能会出现过热现象，其中轴承、齿轮等零部件出现故障时会产生裂纹、点蚀等故障，这些故障问题需要在现场进行数据采集并通过分析运算确认。目前对减速器故障检测的解决方案大多携带不便且只采集振动信号，数据形式单一，诊断效果不佳。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明旨在提供一种基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，相对于传统减速器故障诊断解决方案，体积小巧且能将多种传感器信号融合，解决了携带不便、诊断效果不佳的问题。
4.技术方案：本发明的便携式的基于多传感器融合的减速器故障诊断装置，包括：电源模块、微处理器模块、ad采样模块、传感器输入信号采样模块、以太网接口传输模块、上位机通信模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、usb接口传输模块、can总线接口传输模块、按钮及led显示灯模块、pcb板、上位机、显示屏，所述电源模块用于给24v直流电降压，分别给各模块供电，所述微处理器模块用于将检测到的传感器信号集成处理，所述ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集到的信号，且ad采样模块与微处理器模块电性连接，所述传感器输入信号采样模块通过多传感器信号，并与ad采样模块电性连接，所述以太网接口传输模块用于以太网接口连接，且传感器输入信号采样模块与微处理器模块电性连接，所述上位机通信模块用于与上位机通信，所述数据存储模块用于将经过处理后的采集数据储存在数据存储模块中，且数据存储模块与微处理器模块电性连接，所述rs485接口传输模块用于rs485接口连接，且rs485接口传输模块与微处理器模块电性连接，所述usb接口传输模块用于usb接口连接，且usb接口传输模块与微处理器模块电性连接，所述can总线接口传输模块用于can总线连接，且can总线接口传输模块与微处理器模块电性连接，所述上位机通过udp通信协议与pcb板通信，且上位机与pcb板通过网线连接。
5.进一步的，所述电源模块包括：lm2596t5.0降压模块和ams1117-3.3降压模块，所述lm2596t5.0降压模块采用lm2596t5.0降压芯片将24v直流电降压成5v直流电，且lm2596t5.0降压模块与usb接口传输模块、can总线接口传输模块、ams1117-3.3芯片电性连接，所述ams1117-3.3降压模块采用ams1117-3.3降压芯片将5v直流电降压成3.3v直流电，且ams1117-3.3降压模块与微处理器模块、ad采样模块、以太网接口传输模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、按钮及led显示灯模块电性连接。
6.进一步的，所述微处理器模块使用stm32f407芯片用于数据的集成处理。
7.进一步的，所述ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集到的信号，并通过ad7993-0芯片使用i2c传输至微处理器模块进行处理。
8.进一步的，所述传感器输入信号采样模块包括：传感器输入信号采样模块1、传感器输入信号采样模块2、传感器输入信号采样模块3、传感器输入信号采样模块4，且传感器输入信号采样模块将采集到的多传感器信号传输至ad采样模块。
9.进一步的，所述传感器输入信号采样模块1包括：输入扭矩采集电路、输出扭矩1采集电路、输出扭矩2采集电路、输入端密封漏油采集电路、输出端密封漏油采集电路、3路预留通道，且输入扭矩、输出扭矩1、输出扭矩2通过dyn-200扭矩传感器测得，输入端密封漏油、输出端密封漏油通过gpd60(a)矿用本安型压力变送器测得。
10.进一步的，所述传感器输入信号采样模块2包括：减速器倾角采集电路、俯仰采角度采集电路、冷却水进口温度采集电路、冷却水出口温度采集电路、冷却水进口流量采集电路、冷却水出口流量采集电路，且减速器倾角、俯仰采角度通过mcjsi420a角度传感器测得，冷却水进口温度、冷却水出口温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，冷却水进口流量、冷却水出口流量通过glw15-3.6矿用本安型流量变送器测得。
11.进一步的，所述传感器输入信号采样模块3包括：输入端轴承振动采集电路、输出端轴承振动采集电路、强制润滑泵通畅采集电路、5路预留通道，且输入端轴承振动、输出端轴承振动、强制润滑泵通畅通过gbc80矿用本安型振动传感器测得。
12.进一步的，所述传感器输入信号采样模块4包括：输入轴轴承温度采集电路、输出端温度采集电路、输入轴油池温度采集电路、箱体油池温度采集电路、转速采集电路、油位采集电路、油品采集电路、1路预留通道，且输入轴轴承温度、输出端温度通过gwp200-m(a)表面式矿用本安型温度变送器测得，输入轴油池温度、箱体油池温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，转速通过电机控制仪获得，油位通过guy1000矿用本安型液位传感器测得，油品通过gyd6矿用本安型油液品质传感器测得。
13.进一步的，所述以太网接口传输模块用于以太网接口连接，并通过lan8720a芯片与微处理器模块电性连接。
14.进一步的，所述上位机通信模块用于上下位机通信，并通过网线与上位机连接。
15.进一步的，所述rs485接口传输模块用于rs485接口连接，并通过sp3485芯片与微处理器模块电性连接。
16.进一步的，所述usb接口传输模块用于usb接口连接来写入下位机程序，并通过ch340g芯片与微处理器模块电性连接。
17.进一步的，所述can总线接口传输模块用于can接口连接，并通过tja1050芯片与微处理器模块电性连接。
18.进一步的，所述rs485接口传输模块、can总线接口传输模块是预留接口传输模块。
19.进一步的，所述按钮及led显示灯模块用于手动复位，并通过led灯显示连接状态与复位状态。
20.进一步的，所述pcb板用于安装各类元器件，并设有sd卡槽，所述数据存储模块安装于卡槽中，内存容量为32g或更大，用于存储每一次的检测信号，并定时清理过期数据。
21.进一步的，所述上位机使用研华epc-p3086工控机，用于运行上位机软件，包括：数据显示界面、故障诊断、历史数据查看界面、设置界面等功能，且与pcb板通过网线连接。
22.进一步的，所述数据显示界面将测得的多传感器数据实时显示并绘制折线图。
23.进一步的，所述设置界面用于设置下位机ip、端口号、采样频率、非振动信号阈值、振动信号特征阈值等。
24.进一步的，所述显示屏使用触想智能lcd屏，用于显示各种信号原始数据、实时故障诊断结果、历史数据、设置界面等。
25.所述故障诊断主要将多传感器数据分为振动信号与非振动信号，应用不同逻辑对振动数据进行诊断，所述振动信号首先排除特殊情况数据，包括：空采数据、无效数据、突变数据，然后将处理后的振动数据标准化处理，接着通过双树复小波变换提取6个特征，包括：原始峭度、rms、频谱熵、能量熵、能量、频率均方根，最后综合判断6个特征是否在阈值内，如果其中4个特征超出阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为振动信号故障，所述非振动信号直接判断是否在阈值内，如果超出阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为非振动信号故障，如果都没故障则显示正常。
26.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：该便携式的基于多传感器融合的减速器故障诊断装置具备多传感器信号采集与信号传输功能，体积小巧，质量轻便，相对于传统信号采集设备便于携带，便于现场对减速器进行检测，大幅提高诊断的效率与准确率。
附图说明
27.图1为本发明系统框图；
28.图2为本发明算法流程。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
30.如图1所示，本实施例中的，一种便携式的基于多传感器融合的减速器故障诊断装置，包括：电源模块、微处理器模块、ad采样模块、传感器输入信号采样模块、以太网接口传输模块、上位机通信模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、usb接口传输模块、can总线接口传输模块、按钮及led显示灯模块、pcb板、上位机、显示屏，电源模块用于给24v直流电降压，分别给各模块供电，微处理器模块用于将检测到的传感器信号集成处理，ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集到的信号，且ad采样模块与微处理器模块电性连接，传感器输入信号采样模块通过多传感器信号，并与ad采样模块电性连接，以太网接口传输模块用于以太网接口连接，且传感器输入信号采样模块与微处理器模块电性连接，上位机通信模块用于与上位机通信，数据存储模块用于将经过处理后的采集数据储存在数据存储模块中，且数据存储模块与微处理器模块电性连接，rs485接口传输模块用于rs485接口连接，且rs485接口传输模块与微处理器模块电性连接，usb接口传输模块用于usb接口连接，且usb接口传输模块与微处理器模块电性连接，can总线接口传输模块用于can总线连接，且can总线接口传输模块与微处理器模块电性连接，上位机通过udp通信协议与pcb板通信，且上位机与pcb板通过网线连接。
31.电源模块包括：lm2596t5.0降压模块和ams1117-3.3降压模块，lm2596t5.0降压模
块采用lm2596t5.0降压芯片将24v直流电降压成5v直流电，且lm2596t5.0降压模块与usb接口传输模块、can总线接口传输模块、ams1117-3.3芯片电性连接，ams1117-3.3降压模块采用ams1117-3.3降压芯片将5v直流电降压成3.3v直流电，且ams1117-3.3降压模块与微处理器模块、ad采样模块、以太网接口传输模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、按钮及led显示灯模块电性连接。
32.微处理器模块使用stm32f407芯片用于数据的集成处理。
33.ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集到的信号，并通过ad7993-0芯片使用i2c传输至微处理器模块进行处理。
34.传感器输入信号采样模块包括：传感器输入信号采样模块1、传感器输入信号采样模块2、传感器输入信号采样模块3、传感器输入信号采样模块4，且传感器输入信号采样模块将采集到的多传感器信号传输至ad采样模块。
35.传感器输入信号采样模块1包括：输入扭矩采集电路、输出扭矩1采集电路、输出扭矩2采集电路、输入端密封漏油采集电路、输出端密封漏油采集电路、3路预留通道，且输入扭矩、输出扭矩1、输出扭矩2通过dyn-200扭矩传感器测得，输入端密封漏油、输出端密封漏油通过gpd60(a)矿用本安型压力变送器测得。
36.传感器输入信号采样模块2包括：减速器倾角采集电路、俯仰采角度采集电路、冷却水进口温度采集电路、冷却水出口温度采集电路、冷却水进口流量采集电路、冷却水出口流量采集电路，且减速器倾角、俯仰采角度通过mcjsi420a角度传感器测得，冷却水进口温度、冷却水出口温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，冷却水进口流量、冷却水出口流量通过glw15-3.6矿用本安型流量变送器测得。
37.传感器输入信号采样模块3包括：输入端轴承振动采集电路、输出端轴承振动采集电路、强制润滑泵通畅采集电路、5路预留通道，且输入端轴承振动、输出端轴承振动、强制润滑泵通畅通过gbc80矿用本安型振动传感器测得。
38.传感器输入信号采样模块4包括：输入轴轴承温度采集电路、输出端温度采集电路、输入轴油池温度采集电路、箱体油池温度采集电路、转速采集电路、油位采集电路、油品采集电路、1路预留通道，且输入轴轴承温度、输出端温度通过gwp200-m(a)表面式矿用本安型温度变送器测得，输入轴油池温度、箱体油池温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，转速通过电机控制仪获得，油位通过guy1000矿用本安型液位传感器测得，油品通过gyd6矿用本安型油液品质传感器测得。
39.以太网接口传输模块用于以太网接口连接，并通过lan8720a芯片与微处理器模块电性连接。
40.上位机通信模块用于上下位机通信，并通过网线与上位机连接。
41.rs485接口传输模块用于rs485接口连接，并通过sp3485芯片与微处理器模块电性连接。
42.usb接口传输模块用于usb接口连接来写入下位机程序，并通过ch340g芯片与微处理器模块电性连接。
43.can总线接口传输模块用于can接口连接，并通过tja1050芯片与微处理器模块电性连接。
44.rs485接口传输模块、can总线接口传输模块是预留接口传输模块。
45.按钮及led显示灯模块用于手动复位，并通过led灯显示连接状态与复位状态。
46.pcb板用于安装各类元器件，并设有sd卡槽，数据存储模块安装于卡槽中，内存容量为32g或更大，用于存储每一次的检测信号，并定时清理过期数据。
47.上位机使用研华epc-p3086工控机，用于运行上位机软件，包括：数据显示界面、故障诊断、历史数据查看界面、设置界面等功能，且与pcb板通过网线连接。
48.数据显示界面将测得的多传感器数据实时显示并绘制折线图。
49.如图2所示，故障诊断主要将多传感器数据分为振动信号与非振动信号，应用不同逻辑对振动数据进行诊断，振动信号首先排除特殊情况数据，包括：空采数据、无效数据、突变数据，然后将处理后的振动数据标准化处理，接着通过双树复小波变换提取6个特征，包括：原始峭度、rms、频谱熵、能量熵、能量、频率均方根，最后综合判断6个特征是否在阈值内，如果其中4个特征超出阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为振动信号故障，非振动信号直接判断是否在阈值内，如果超出阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为非振动信号故障，如果都没故障则显示正常。
50.设置界面用于设置下位机ip、端口号、采样频率、非振动信号阈值、振动信号特征阈值等。
51.显示屏使用触想智能lcd屏，用于显示各种信号原始数据、实时故障诊断结果、历史数据、设置界面等。

技术特征：
1.一种基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，包括：电源模块、微处理器模块、ad采样模块、传感器输入信号采样模块、以太网接口传输模块、上位机通信模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、usb接口传输模块、can总线接口传输模块、pcb板、上位机、显示屏、按钮及led显示灯模块；所述电源模块用于给直流电降压，分别给各模块供电；所述微处理器模块用于将传感器输入信号采样模块检测到的传感器信号集成处理；所述ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集信号，且ad采样模块与微处理器模块电性连接；所述传感器输入信号采样模块通过多传感器采集信号，并与ad采样模块电性连接；所述以太网接口传输模块用于以太网接口连接，且传感器输入信号采样模块与微处理器模块电性连接；所述上位机通信模块用于与上位机通信，所述数据存储模块用于将经过处理后的采集数据储存在数据存储模块中，且数据存储模块与微处理器模块电性连接；所述rs485接口传输模块用于rs485接口连接，且rs485接口传输模块与微处理器模块电性连接；所述usb接口传输模块用于usb接口连接，且usb接口传输模块与微处理器模块电性连接；所述can总线接口传输模块用于can总线连接，且can总线接口传输模块与微处理器模块电性连接；所述上位机通过udp通信协议与pcb板通信，且上位机与pcb板通过网线连接。2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述电源模块包括：lm2596t5.0降压模块和ams1117-3.3降压模块，所述lm2596t5.0降压模块采用lm2596t5.0降压芯片将24v直流电降压成5v直流电，且lm2596t5.0降压模块与usb接口传输模块、can总线接口传输模块、ams1117-3.3芯片电性连接，所述ams1117-3.3降压模块采用ams1117-3.3降压芯片将5v直流电降压成3.3v直流电，且ams1117-3.3降压模块与微处理器模块、ad采样模块、以太网接口传输模块、数据存储模块、rs485接口传输模块、按钮及led显示灯模块电性连接。3.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述ad采样模块通过传感器输入信号采样模块采集信号，并通过ad7993-0芯片使用i2c传输至微处理器模块进行处理。4.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述传感器输入信号采样模块包括：传感器输入信号采样模块1、传感器输入信号采样模块2、传感器输入信号采样模块3、传感器输入信号采样模块4，且传感器输入信号采样模块将采集到的多传感器信号传输至ad采样模块。5.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述传感器输入信号采样模块1包括：输入扭矩采集电路、输出扭矩1采集电路、输出扭矩2采集电路、输入端密封漏油采集电路、输出端密封漏油采集电路、3路预留通道，且输入扭矩、输出扭矩1、输出扭矩2通过dyn-200扭矩传感器测得，输入端密封漏油、输出端密封漏油通过gpd60(a)矿用本安型压力变送器测得，所述传感器输入信号采样模块2包括：减速器倾角采集电路、俯仰采角度采集电路、冷却水进口温度采集电路、冷却水出口温度采集电路、冷却水进口流量采集电路、冷却水出口流量采集电路，且减速器倾角、俯仰采角度通过mcjsi420a角度传感器测得，冷却水进口温度、冷却水出口温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，冷却水进口流量、冷却水出口流量通过glw15-3.6矿用本安型流量变送器测得，所述传感器输入信号采样模块3包括：输入端轴承振动采集电路、输出端轴承振动采集电路、强制润滑泵通畅采集电路、5路预留通道，且输入端轴承振动、输出端轴承
振动、强制润滑泵通畅通过gbc80矿用本安型振动传感器测得，所述传感器输入信号采样模块4包括：输入轴轴承温度采集电路、输出端温度采集电路、输入轴油池温度采集电路、箱体油池温度采集电路、转速采集电路、油位采集电路、油品采集电路、1路预留通道，且输入轴轴承温度、输出端温度通过gwp200-m(a)表面式矿用本安型温度变送器测得，输入轴油池温度、箱体油池温度通过gwp200-c(a)探入式矿用本安型温度变送器测得，转速通过电机控制仪获得，油位通过guy1000矿用本安型液位传感器测得，油品通过gyd6矿用本安型油液品质传感器测得。6.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述按钮及led显示灯模块用于手动复位，并通过led灯显示连接状态与复位状态。7.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述pcb板用于安装各类元器件，并设有sd卡槽。8.根据权利要求7所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述sd卡槽内设有数据存储模块，用于存储每一次的检测信号，并定时清理过期数据；所述数据存储模块的内存容量至少为32g。9.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，其特征在于，所述上位机为研华epc-p3086工控机，用于运行上位机软件，包括：数据显示界面、故障诊断、历史数据查看界面和设置界面，且与pcb板通过网线连接。10.一种基于权利要求1所述装置的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将传感器输入信号采样模块采集的数据分为振动信号与非振动信号；步骤2：排除振动信号中的空采数据、无效数据和突变数据，得到处理后的数据；步骤3：将处理后的数据标准化处理后通过双树复小波变换提取6个特征，包括：原始峭度、rms、频谱熵、能量熵、能量和频率均方根，判断6个特征是否在预设阈值内，如果其中4个特征超出预设阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为振动信号故障；步骤4：非振动信号直接判断是否在预设阈值内，如果超出预设阈值则记录故障，连续判断10个样本，如果7个样本为故障则诊断结果为非振动信号故障，如果都没故障则显示正常。

技术总结
本发明公开了一种基于多传感器融合的便携式减速器故障诊断装置，包括：电源模块、微处理器模块、AD采样模块、传感器输入信号采样模块、以太网接口传输模块、上位机通信模块、数据存储模块、RS485接口传输模块、USB接口传输模块、CAN总线接口传输模块、PCB板、上位机、显示屏、按钮及LED显示灯模块。该便携式的基于多传感器融合的减速器故障诊断装置具备多传感器信号采集与信号传输功能，体积小巧，质量轻便，相对于传统信号采集设备便于携带，便于现场对减速器进行检测，大幅提高诊断的效率与准确率。率。率。


技术研发人员：陈云 余洋 涂伟 孔进 张学刚 李安宁
受保护的技术使用者：宁夏天地奔牛实业集团有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/8/4