旋转设备轴承振动异常智能检测系统的制作方法

本发明涉及轴承振动监测技术领域，具体涉及旋转设备轴承振动异常智能检测系统。

背景技术：

轴承作为旋转机械的关键零部件，其工作状态的好坏将直接影响到整台旋转机械的工作状态。轴承故障是导致旋转机械发生故障的主要原因之一，严重时甚至可能导致重大财产损失。因此，有必要对轴承的振动情况进行监测。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供旋转设备轴承振动异常智能检测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了旋转设备轴承振动异常智能检测系统，该系统包括用于采集轴承振动数据的数据获取子系统、用于存储轴承振动数据的云存储设备和用于分析和显示所述轴承振动数据的计算机分析终端；所述数据获取子系统、计算机分析终端皆与所述云存储设备连接；所述数据获取子系统包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的监测区域的中心位置，四个中继节点设置于监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内；将监测区域划分z个虚拟网格区域，且使得各中继节点在不同的虚拟网格区域内；网络初始化时，在中继节点所在的虚拟网格区域中选取中继节点作为簇头，并从每个不包含中继节点的虚拟网格区域中选取一个传感器节点作为簇头，各传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；传感器节点采集的轴承振动数据发送至对应的簇头，非中继节点的簇头将接收的轴承振动数据发送至其中的一个中继节点；中继节点与汇聚节点直接通信，将接收的轴承振动数据单跳发送至汇聚节点，以由汇聚节点将轴承振动数据传输到云存储设备。

其中，所述轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。

优选地，所述传感器节点包括传感器和用于将传感器信号转换为对应的轴承振动数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

其中，计算机分析终端对云存储设备中的轴承振动数据进行分析，包括：对所述轴承振动数据进行预处理，所述预处理包括去除数据异常点和数据归一化处理。

进一步地，计算机分析终端对云存储设备中的轴承振动数据进行分析，还包括：检测预处理后的轴承振动数据是否超出对应的预设阈值范围，并输出检测结果。

本发明的有益效果为：本发明能够智能实时获取轴承振动数据，并进行相应的数据分析，便于监测人员及时了解轴承振动信息，并进一步分析轴承状态，对可能发生故障的轴承及时进行检查，减少因轴承故障所造成的损失。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的旋转设备轴承振动异常智能检测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意框图。

附图标记：

数据获取子系统1、云存储设备2、计算机分析终端3、传感器10、信号适配器20、控制器30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了本发明一个示例性实施例的旋转设备轴承振动异常智能检测系统的结构示意框图。

如图1所示，本发明实施例提供了旋转设备轴承振动异常智能检测系统，该系统包括用于采集轴承振动数据的数据获取子系统1、用于存储轴承振动数据的云存储设备2和用于分析和显示所述轴承振动数据的计算机分析终端3；所述数据获取子系统1、计算机分析终端3皆与所述云存储设备2连接。

其中，计算机分析终端3对云存储设备2中的轴承振动数据进行分析，包括：对所述轴承振动数据进行预处理，所述预处理包括去除数据异常点和数据归一化处理。

进一步地，计算机分析终端3对云存储设备2中的轴承振动数据进行分析，还包括：检测预处理后的轴承振动数据是否超出对应的预设阈值范围，并输出检测结果。

在一种能够实施的方式中，所述数据获取子系统1包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的监测区域的中心位置，四个中继节点设置于监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内；将监测区域划分z个虚拟网格区域，且使得各中继节点在不同的虚拟网格区域内；网络初始化时，在中继节点所在的虚拟网格区域中选取中继节点作为簇头，并从每个不包含中继节点的虚拟网格区域中选取一个传感器节点作为簇头，各传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；传感器节点采集的轴承振动数据发送至对应的簇头，非中继节点的簇头将接收的轴承振动数据发送至其中的一个中继节点；中继节点与汇聚节点直接通信，将接收的轴承振动数据单跳发送至汇聚节点，以由汇聚节点将轴承振动数据传输到云存储设备2。

其中，所述轴承振动数据包括待检测轴承在不同工作状态下垂直方向的振动加速度信号。

其中，如图2所示，所述传感器节点包括传感器10和用于将传感器10的信号转换为对应的轴承振动数据的信号适配器20，所述信号适配器20与传感器10连接；还包括用于控制采集频率的控制器30，所述控制器30与传感器10连接。

本发明上述实施例设置的旋转设备轴承振动异常智能检测系统，能够智能实时获取轴承振动数据，并进行相应的数据分析，便于监测人员及时了解轴承振动信息，并进一步分析轴承状态，对可能发生故障的轴承及时进行检查，减少因轴承故障所造成的损失。

在一个实施例中，非中继节点的簇头与距离最近的中继节点为单跳距离时，直接将轴承振动数据发送至该距离最近的中继节点，否则选择距离最近的簇头作为下一跳节点。

在一种能够实现的方式中，传感器节点对应的簇头为中继节点时，传感器节点根据与该中继节点的距离的远近选择合适的路由形式将轴承振动数据发送至中继节点，具体为：

传感器节点根据当前剩余能量设定其距离阈值：

式中，hi(d)为传感器节点i在第d个周期设定的距离阈值，为传感器节点i可调节的最大通信距离，为传感器节点i可调节的最小通信距离，pi为传感器节点i的当前剩余能量，pi0为传感器节点i的初始能量，pmin为预设的最小能量值，w为预设的调节因子，w的取值范围为[0.85，0.95]；

若与中继节点的距离不超过设定的距离阈值，则直接将采集的轴承振动数据发送至该中继节点，否则在其所在簇内选择一个传感器节点作为下一跳节点，将采集的轴承振动数据发送至该下一跳节点。

本实施例中，在中继节点作为簇头时，簇内的传感器节点根据与该中继节点的距离的远近选择合适的路由形式将轴承振动数据发送至中继节点，有利于较优化地节省传感器节点传输轴承振动数据的能量成本。本实施例进一步根据传感器节点的当前剩余能量设定了距离阈值的设定公式，传感器节点若与中继节点的距离超过设定的距离阈值，则采取中继路由的方式将轴承振动数据传输至中继节点，有利于降低传感器节点消耗能量的速率，避免传感器节点快速失效，有效延长了传感器节点的工作周期。

在一种能够实现的方式中，从每个不包含中继节点的虚拟网格区域中选取一个传感器节点作为簇头，包括：计算虚拟网格区域的重心位置，计算虚拟网格区域内各传感器节点担任簇头的概率，并选择概率最大的传感器节点作为该虚拟网格区域的簇头；

其中，设定重心位置的计算公式为：

式中，tb表示虚拟网格区域b的重心位置，x(d)表示所述虚拟网格区域b中第d个传感器节点所在位置的横坐标，y(d)为所述第d个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，nb为所述虚拟网格区域b具有的传感器节点个数；

其中，设置所述概率的计算公式为：

式中，gbd为虚拟网格区域b中第d个传感器节点担任簇头的概率，为所述第d个传感器节点与重心位置tb的距离，为虚拟网格区域b中第s个传感器节点与重心位置tb的距离；为所述第d个传感器节点与中继节点的最小距离，为所述第d个传感器节点与中继节点的最大距离，为所述第s个传感器节点与中继节点的最小距离，为所述第s个传感器节点与中继节点的最大距离，nb为虚拟网格区域b中传感器节点个数，l1、l2为设定的权重系数且l1＞l2。

本实施例提出了虚拟网格区域内各传感器节点担任簇头的概率的计算公式，该计算公式中，距离所在虚拟网格区域重心位置以及中继节点更近的传感器节点具有更大的概率担任该虚拟网格区域的簇头。本实施例从每个虚拟网格区域中选择概率最大的传感器节点作为簇头，一方面能够保证簇头尽量均匀地分布在整个监测区域内，另一方面能够提升分簇结果的全局最优性能，节省簇头收集和传输轴承振动数据的能量消耗，提高簇头进行轴承振动数据收集工作的稳定性。

在一种能够实现的方式中，传感器节点在其所在簇内选择一个传感器节点作为下一跳节点，具体为：设选择下一跳节点的传感器节点为始发节点，始发节点在其所在簇内的传感器节点中，选择与其距离不超过设定的距离阈值的传感器节点作为备选节点，并计算备选节点的权值，选择权值最大的备选节点作为下一跳节点；

其中，设定权值的计算公式为：

式中，mj表示备选节点j的权值，fjo为备选节点j与对应中继节点即簇头的距离，fjc为备选节点j与其第c个邻居节点的距离，nj为备选节点j的邻居节点的个数，邻居节点即为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，fao为第a个备选节点与对应中继节点即簇头的距离，fac为所述第a个备选节点与其第c个邻居节点的距离，na所述第a个备选节点的邻居节点的个数，q为备选节点的个数。

本实施例始发节点在其所在簇内的传感器节点中，选择与其距离不超过设定的距离阈值的传感器节点作为备选节点，有利于降低传感器节点消耗能量的速率，其中创新性地设定了权值的计算公式，并在备选节点中，选择权值最大的备选节点作为下一跳节点，有利于节省轴承振动数据传输至下一跳节点的能耗，进一步节省系统在轴承振动数据收集方面的成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。