超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置及其监测方法与流程

本发明实施例涉及齿轮箱技术领域，尤其涉及一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置及其监测方法。

背景技术：

齿轮箱是在风力发电机组中应用很广泛的一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。随着齿轮箱工作时间的增加，齿轮箱不可避免地会出现各种故障，影响其正常工作。

现有技术中大多采用有线监测诊断装置监测齿轮箱的健康状态，该方式需要为有线监测诊断装置提供外接供电电源以及布线路径，使得对于无供电或布线条件的齿轮箱现场，监测齿轮箱的健康状态变得尤为困难。此外，由于监测诊断装置处于工作状态时功耗较大，使其使用寿命降低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置及其监测方法，以提供一种无须外接电源且功耗较低的齿轮箱健康状态监测诊断装置。

本发明实施例提供了一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置，该监测诊断装置包括：电源时钟单元、供电单元、核心控制单元和参数采集单元；

所述电源时钟单元分别与所述供电单元和核心控制单元电连接，用于按照预设规则向所述供电单元下发使能指令，并根据所述核心控制单元反馈的节能指令向所述供电单元下发低功耗指令；

所述供电单元分别与所述核心控制单元和参数采集单元电连接，用于根据所述使能指令切换为使能模式，为所述核心控制单元和所述参数采集单元供电，以及根据所述低功耗指令切换为低功耗模式，停止为所述核心控制单元和所述参数采集单元供电；

所述核心控制单元与所述参数采集单元电连接，用于在上电工作时，接收所述参数采集单元采集的齿轮箱参数信息，对所述齿轮箱参数信息进行分析和处理以得到监测结果，并向所述电源时钟单元下发所述节能指令。

可选的，所述预设规则包括周期使能规则；

所述电源时钟单元用于按照所述周期使能规则周期性向所述供电单元下发使能指令。

可选的，所述预设规则包括定时使能规则；

所述电源时钟单元用于按照所述定时使能规则定时向所述供电单元下发使能指令。

可选的，还包括无线通信单元；

所述无线通信单元与所述核心控制单元电连接，所述核心控制单元通过所述无线通信单元与上位机通信，所述核心控制单元还用于将所述齿轮箱参数信息和所述监测结果通过所述无线通信单元上传至所述上位机。

可选的，还包括数据存储单元；

所述数据存储单元与所述核心控制单元电连接，用于接收所述核心控制单元发送的所述齿轮箱参数信息和所述监测结果并存储。

可选的，所参数采集单元包括振动采集单元和温度采集单元中的至少一种；

所述振动采集单元与所述核心控制单元电连接，所述温度采集单元与所述核心控制单元电连接；

所述核心控制单元用于接收所述振动采集单元采集的齿轮箱振动信息，分析所述齿轮箱振动信息以得到振动监测结果，还用于接收所述温度采集单元采集的齿轮箱温度信息，分析所述齿轮箱温度信息以得到温度监测结果。

可选的，还包括通信天线，所述通信天线内置于所述监测诊断装置中。

可选的，所述监测诊断装置通过胶粘、螺钉和磁吸中的任意一种方式安装在齿轮箱上。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的监测方法，所述监测诊断装置包括：电源时钟单元、供电单元、核心控制单元和参数采集单元；该监测方法包括：

所述电源时钟单元按照预设规则向所述供电单元下发使能指令；

所述供电单元接收到所述电源时钟单元下发的所述使能指令时切换为使能模式，为所述核心控制单元和所述参数采集单元供电；

所述核心控制单元在上电工作时，接收所述参数采集单元采集的齿轮箱参数信息，对所述齿轮箱参数信息进行分析和处理以得到监测结果，并向所述电源时钟单元下发节能指令；

所述电源时钟单元接收所述核心控制单元反馈的所述节能指令，根据所述节能指令生成低功耗指令并下发给所述供电单元；

所述供电单元接收到所述电源时钟单元下发的所述低功耗指令时切换为低功耗模式，停止为所述核心控制单元和所述参数采集单元供电。

本发明实施例提供的超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置，包括电源时钟单元、供电单元、核心控制单元和参数采集单元，采用自带的供电单元供电，无需外接供电电源，可实现无线监测；电源时钟单元可以按照预设规则控制供电单元切换为使能模式，为核心控制单元和参数采集单元供电，使其正常工作，从而完成齿轮箱参数信息的采集和处理过程，监测齿轮箱的健康状态；齿轮箱参数信息的采集和处理完成后，核心控制单元向电源时钟单元反馈节能指令，电源时钟单元向供电单元下发低功耗指令，控制供电单元切换为低功耗模式，停止为核心控制单元和参数采集单元供电，能够大幅降低供电单元的功耗，延长其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。

图1是本发明实施例提供的一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种供电单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的结构示意图，如图1所示，该监测诊断装置包括：电源时钟单元100、供电单元200、核心控制单元300和参数采集单元400；电源时钟单元100分别与供电单元200和核心控制单元300电连接，用于按照预设规则向供电单元200下发使能指令，并根据核心控制单元300反馈的节能指令向供电单元200下发低功耗指令；供电单元200分别与核心控制单元300和参数采集单元400电连接，用于根据使能指令切换为使能模式，为核心控制单元300和参数采集单元400供电，以及根据低功耗指令切换为低功耗模式，停止为核心控制单元300和参数采集单元400供电；核心控制单元300与参数采集单元400电连接，用于在上电工作时，接收参数采集单元400采集的齿轮箱参数信息，对齿轮箱参数信息进行分析和处理以得到监测结果，并向电源时钟单元100下发节能指令。

示例性地，参考图1，本发明实施例提供的超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置，包括电源时钟单元100、供电单元200、核心控制单元300和参数采集单元400，由于监测诊断装置自带供电单元200，采用电池供电，无需外接供电电源，可实现无线监测。进一步地，电源时钟单元100可以按照自身存储的预设规则向供电单元200下发使能指令，供电单元200接收到电源时钟单元100发送的使能指令时切换为使能模式。供电单元200处于使能模式时，为核心控制单元300和参数采集单元400供电，使其能够正常工作，具体的，核心控制单元300在上电工作时，可以向参数采集单元400下发采集指令，参数采集单元400根据该采集指令采集齿轮箱参数信息如振动信息等，并将采集到的齿轮箱参数信息传输至核心控制单元300。核心控制单元300接收参数采集单元400发送的齿轮箱参数信息，并对该齿轮箱参数信息进行分析和处理，从而得到监测结果，根据齿轮箱参数信息评估齿轮箱的健康状态。核心控制单元300和参数采集单元400上电工作，完成1次齿轮箱参数信息采集和处理过程之后，核心控制单元300向电源时钟单元100下发节能指令。电源时钟单元100根据核心控制单元300反馈的节能指令生成低功耗指令，将该低功耗指令下发给供电单元200，提前使供电单元200进入低功耗模式。供电单元200处于低功耗模式时，切断供电单元200与核心控制单元300，以及供电单元200与参数采集单元400之间的电流通路，停止为核心控制单元300和参数采集单元400供电，此时供电单元200在核心控制单元300和参数采集单元400上没有任何电流损耗和功耗损失，直至在电源时钟单元100的控制下供电单元200再次切换为使能模式，以此实现监测齿轮箱健康状态的同时，能够大幅降低供电单元的功耗，延长其使用寿命。

其中，电源时钟单元100、供电单元200、核心控制单元300和参数采集单元400的具体结构均不作限定，本领域技术人员可以根据实际情况设置，只要能实现相应的功能即可。示例性地，电源时钟单元100可以采用ti的tpl5111芯片，该芯片可以按照预设规则通过其输出驱动脚向供电单元200下发使能指令，使供电单元200切换为使能模式，为核心控制单元300和参数采集单元400供电，从而完成1次齿轮箱参数信息的采集和处理过程，实现齿轮箱健康状态的监测。齿轮箱参数信息的采集和处理完成后，核心控制单元300向tpl5111芯片下发节能指令，当tpl5111芯片根据核心控制单元300反馈的节能指令生成低功耗指令，控制供电单元200切换为低功耗模式时，供电单元200的功耗可以低至仅为tpl5111芯片的自身功耗35na，能够大幅降低功耗。图2是本发明实施例提供的一种供电单元的结构示意图，示例性地，如2所示，供电单元200可以包括依次电连接的单节电池210、升压电路220和降压电路230，其中，单节电池210可以包括8500mah锂亚硫酸氯电池，升压电路220可以包括adi高效锂电同步升压转换芯片ltc3499，降压电路230可以包括特瑞仕的ldo，具体的工作过程如下，单节8500mah锂亚硫酸氯电池，直接给电源时钟单元100供电，并通过以adi高效锂电同步升压转换芯片ltc3499组成的升压电路220给参数采集单元400供电，再通过特瑞仕的ldo降压后给核心控制单元300等工作单元供电，从而无需外接电源。采用上述结构时，供电单元200切换至低功耗模式期间，其电流可低至电源时钟单元100的自身功耗如35na，而切换至使能模式期间，平均电流仅为100ma，若1次齿轮箱参数信息的采集和处理过程约需60秒，每天采集一次数据，则供电单元200的累计工作时长超过5年，可以理解的是，1次齿轮箱参数信息的采集和处理过程越短，则供电单元200的累计工作时长越长。核心控制单元300可以采用wb55处理器，参数采集单元400可以为振动采集单元。

本发明实施例提供的超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置，包括电源时钟单元、供电单元、核心控制单元和参数采集单元，采用自带的供电单元供电，无需外接供电电源，可实现无线监测；电源时钟单元可以按照预设规则控制供电单元切换为使能模式，为核心控制单元和参数采集单元供电，使其正常工作，从而完成齿轮箱参数信息的采集和处理过程，监测齿轮箱的健康状态；齿轮箱参数信息的采集和处理完成后，核心控制单元向电源时钟单元反馈节能指令，电源时钟单元向供电单元下发低功耗指令，控制供电单元切换为低功耗模式，停止为核心控制单元和参数采集单元供电，能够大幅降低供电单元的功耗，延长其使用寿命。

参考图1，可选的，预设规则包括周期使能规则；电源时钟单元100用于按照周期使能规则周期性向供电单元200下发使能指令。

周期使能规则即电源时钟单元100周期性触发供电单元200，向供电单元200下发使能指令，以使供电单元200周期性切换为使能模式，为核心控制单元300和参数采集单元400供电，使其正常工作，从而完成齿轮箱参数信息的采集和处理过程，监测齿轮箱的健康状态。其中，周期触发时间可以通过改变外接电阻阻值的方式在出厂前进行配置。例如，若电源时钟单元100采用tpl5111芯片，电阻的一端可以连接供电单元200的负极，电阻的另一端连接tp5111芯片的d3引脚，改变该电阻的阻值并通过d3引脚改变核心控制单元300和参数采集单元400的工作周期即周期触发时间。

需要说明的是，与周期使能规则配合，每个使能周期内，核心控制单元300对齿轮箱参数信息进行分析和处理得到监测结果之后，向电源时钟单元100下发节能指令，电源时钟单元100再向供电单元200下发低功耗指令，以使供电单元200本次使能周期内切换为低功耗模式，停止为核心控制单元300和参数采集单元400供电。供电单元200采用周期使能模式并在使能周期内进入低功耗模式，能够大大降低功耗，大幅提高省电效率。参考图1，可选的，预设规则包括定时使能规则；电源时钟单元100用于按照定时使能规则定时向供电单元200下发使能指令。

本实施例中预设规则包括定时使能规则，即电源时钟单元100可以按照用户设置的特定时间定时触发供电单元200，向供电单元200下发使能指令，以使供电单元200周期性切换为使能模式，为核心控制单元300和参数采集单元400供电，完成齿轮箱参数信息的采集和处理过程，监测齿轮箱的健康状态。

需要说明的是，与定时使能规则配合，每次核心控制单元300对齿轮箱参数信息进行分析和处理得到监测结果之后，向电源时钟单元100下发节能指令，电源时钟单元100再向供电单元200下发低功耗指令，以使供电单元200切换为低功耗模式，停止为核心控制单元300和参数采集单元400供电。供电单元200采用定时使能模式，并在核心控制单元300反馈的节能指令的控制下，切换为低功耗模式，同样可以降低功耗，大幅提高省点效率。图3是本发明实施例提供的另一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的结构示意图，如图3所示，可选的，监测诊断装置还可以包括无线通信单元500；无线通信单元500与核心控制单元300电连接，核心控制单元300通过无线通信单元500与上位机10通信，核心控制单元300还用于将齿轮箱参数信息和监测结果通过无线通信单元500上传至上位机10。

示例性地，参考图3，本实施例中监测诊断装置还可以包括无线通信单元500，核心控制单元300可以通过无线通信单元500将接收的齿轮箱参数信息和处理生成的监测结果上传至上位机10。其中，上位机10可以是远程数据中心平台，也可以是其他与超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置通信的计算机、服务器等。无线通信单元500可以采用wb55处理器，可以采用zigbee网络通信方式，通过zigbee网关与上位机10通信，也可以采用其他的通信方式，不作限定。

参考图3，可选的，监测诊断装置还包括数据存储单元600；数据存储单元600与核心控制单元300电连接，用于接收核心控制单元300发送的齿轮箱参数信息和监测结果并存储。

本实施例中监测诊断装置还可以包括数据存储单元600，数据存储单元600可以存储核心控制单元300传输的齿轮箱参数信息和监测结果，避免数据丢失，实现数据的完整性。其中，数据存储单元600可以采用wb55处理器内部flash或外部flash存储器，不限于此。

参考图1和图3，可选的，参数采集单元400包括振动采集单元410和温度采集单元420中的至少一种；振动采集单元410与核心控制单元300电连接，温度采集单元420与核心控制单元300电连接；核心控制单元300用于接收振动采集单元410采集的齿轮箱振动信息，分析齿轮箱振动信息以得到振动监测结果，还用于接收温度采集单元420采集的齿轮箱温度信息，分析齿轮箱温度信息以得到温度监测结果。

示例性地，参考图3，监测诊断装置包括振动采集单元410和温度采集单元420，供电单元200处于使能模式时，为核心控制单元300、振动采集单元410和温度采集单元420供电，使其能够正常工作，具体的，核心控制单元300在上电工作时，向振动采集单元410和温度采集单元420下发采集指令，振动采集单元410和温度采集单元420根据该采集指令分别采集齿轮箱振动信息和齿轮箱温度信息，并同时或分时传输至核心控制单元300。核心控制单元300对接收的齿轮箱振动信息和齿轮箱温度信息进行分析和处理，从而对应得到振动监测结果和温度监测结果，根据齿轮箱振动信息和齿轮箱温度信息评估齿轮箱的健康状态。

需要说明的是，图3仅示例性地示出参数采集单元包括振动采集单元和温度采集单元，而非限定，在其他实施例中，参数采集单元可以包括只包括振动采集单元或只包括温度采集单元，还可以包括转速采集单元等其他参数采集单元。

可选的，监测诊断装置还可以包括通信天线，该通信天线内置于监测诊断装置中，无需外接通信天线，避免了现场需要天线甩线安装的问题，整个装置完全密封，做好三防处理，实现了无线低功耗模式下对齿轮箱振动、温度等参数信息的采集，满足了对于无供电或布线条件的工业现场，齿轮箱参数信息的采集需求。

可选的，监测诊断装置可以通过胶粘、螺钉和磁吸中的任意一种方式安装在齿轮箱上，安装方便灵活，使得安装后整体的体积较小，重量较轻。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的监测方法，该监测诊断装置包括：电源时钟单元、供电单元、核心控制单元和参数采集单元，图4是本发明实施例提供的一种超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的监测方法的流程图，如图4所示，该监测方法包括：

s110、电源时钟单元按照预设规则向供电单元下发使能指令。

s120、供电单元接收到电源时钟单元下发的使能指令时切换为使能模式，为核心控制单元和参数采集单元供电。

s130、核心控制单元上电工作时，接收参数采集单元采集的齿轮箱参数信息，对齿轮箱参数信息进行分析和处理以得到监测结果，并向电源时钟单元下发节能指令。

s140、电源时钟单元接收核心控制单元反馈的节能指令，根据节能指令生成低功耗指令并下发给供电单元。

s150、供电单元接收到电源时钟单元下发的低功耗指令时切换为低功耗模式，停止为核心控制单元和参数采集单元供电。

本发明实施例提供的超低功耗齿轮箱健康状态无线监测诊断装置的监测方法，采用自带的供电单元供电，无需外接供电电源，可实现无线监测；电源时钟单元可以按照预设规则控制供电单元切换为使能模式，为核心控制单元和参数采集单元供电，使其正常工作，从而完成齿轮箱参数信息的采集和处理过程，监测齿轮箱的健康状态；齿轮箱参数信息的采集和处理完成后，核心控制单元向电源时钟单元反馈节能指令，电源时钟单元向供电单元下发低功耗指令，控制供电单元切换为低功耗模式，停止为核心控制单元和参数采集单元供电，能够大幅降低供电单元的功耗，延长其使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。