无线传感器模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用在连续铸造轴承中的传感器模块，并且涉及用在钢铁工业中的状态监测和/或过程控制系统。
【背景技术】
[0002]钢铁生产设施的环境极其恶劣，其具有高温，大量的水和高冲击载荷。传统上一直难以监测与轴承工序相关的各个方面，其中设备暴露于该环境中。
[0003]因为轴承会遭受损坏和不可预知的故障，所以在钢铁工业中对连续铸造轴承或者其它轴承的状态监测是有需求的。然而，由于在恶劣的操作环境中难于进入和布线，状态监测很少应用于该应用领域。设备运行期间，人类是不可能进入的，而高温和高辐射热通量使得布线困难。使情况更为复杂的是，经常需要因维护而拆卸设备，而在此期间布线易于被损坏。尚没有已知的连续铸造机中的状态监测的解决方案。在其它的应用中，无线状态监测传感器被试用为一种监测轴承的具有成本效益的方式。
【发明内容】
[0004]本发明解决了提供一种简洁、稳健并且可靠的适用于钢铁工业应用中的轴承的传感器装置的问题。本发明的另一方面涉及提供由传感器至构造的可靠的连接以记录连续铸造轴承中的载荷、振动、声发射以及温度，同时将电子设备部署在可替换模块中。
[0005]本发明涉及一种在钢铁工业应用中监测轴承的传感器模块，其包括用于安装在待监测轴承的轴承部件的孔中的内嵌部分，其中该内嵌部分包括至少一个传感器。
[0006]建议内嵌部分还包括一个夹紧机构，以产生作用在孔的至少两个相对的内部侧面的夹紧力。本发明建议的夹紧机构允许可靠的载荷传输并确保良好的信号耦合以及确保模块是完全固定的。这改善了用于将一部分轴承载荷可靠的传送至传感器模块的信号采集。
[0007]将至少一部分模块嵌入轴承部件中提供了许多好处，包括更好的信号采集以及更好的环境防护。
[0008]轴承部件可以是轴承圈或轴承壳体，特别是，连续铸造轴承的轴承壳体。钢铁制造业中的许多工序需要某些形式的轴承装置以移动或处理钢铁。这些装置包括乳机、连续铸造机，回转台和铸桶，输送机等。在这些应用中轴承的类型经历从小球面滚子轴承，到较大的4排圆锥滚子轴承，再到大的回转轴承的变化。所有这些类型的轴承共同的特征在于它们都在包含高温、大量的水/溶剂以及包括冲击载荷的高负载的恶劣的环境中运作。本发明适用于所有这些应用中。当传感器和其它电子部件布置成靠近轴承时，它们所受的温度与操作中的轴承的温度相近。轴承的润滑油或润滑脂必须保持大致低于100°C并且所选择的部件也要如此以便达到大约相同的温度时其能够运行。
[0009]在本发明的优选实施例中，夹紧机构包括夹紧环，具有与至少一个圆锥形内部部件相互作用的至少一个圆锥内表面，以及用于将圆锥形内部部件压入夹紧环以拓宽夹紧环的装置。利用由夹紧环组成的锥体桥和优选的两个相对的圆锥形内部部件来把模块和孔的内表面夹紧。优选地，夹紧环以及圆锥形内部部件由钢制成以便实现期望的稳健性。
[0010]本发明将传感器的所有方面封装至单独的模块封装包内，该模块封装包易于插入轴承壳体上预先准备好的孔中。
[0011]根据本发明的另一方面，建议将至少一个传感器直接结合至夹紧环。因此，夹紧环与轴承部件的内壁表面之间良好的热性能和机械接触将立即导致稳健可靠的温度和应变的检测。
[0012]优选地，传感器模块包括至少两个应变桥，其结合至夹紧环并连接在一起以形成电阻桥。这有助于提供应变测量，其受到的由于环境变化造成的漂移的影响较小。
[0013]在本发明优选的实施例中，压电传感器安装在模块内部以能够采集包括载荷、声发射以及振动的关键的轴承运行参数。这些传感器以该方式安装以确保与轴承壳体良好的耦合从而允许高质量信号的传输，同时对温度和冲击保持稳健性。
[0014]在本发明优选的实施例中，模块还包括用于与电子处理系统交换数据的无线收发器。优选地，无线收发器的至少一个天线布置在孔外。优选地，无线收发器连接至远程电子处理系统。该收发器允许模块连接至网络，优选地，使用稳健/弹性的通信协议的低能耗的本地网状网络。由于无线收发器，命令和配置信息可以从控制系统发送至模块，并且从模块中获取的数据可以发送回控制系统。
[0015]在本发明优选的实施例中，模块还包括用于从本地环境采集能量的能量采集电路。优选地，能量采集电路包括热电发电机。其尤其可以包括从可能存在的大的温差中采集能量。此外，由于不再需要布线，系统的安装费用、维修费用以及稳健性都得到改善。另夕卜，当热梯度太低时，热能采集可以与作为备份的高温原电池相结合。例如，内部轴承壳体与外部钢铁制造环境之间的温差可以用于通过热电发电机产生能量。也存在其它的发电选择，例如，利用轴承/轴的旋转或者通过连接至壳体冷却供给的水涡轮发电机。当温度梯度足大时，可以从系统中获取能量。此种情形产生于当热钢铁通过处理时。这同时也是需要获取数据的时间。当钢铁通过处理后，温度梯度将下降，但也需要获取数据。模块还可包括用于存储数据的数据存储器，该数据可读出或发送。
[0016]还建议模块设置有大容量电容器，其能够存储足够的能量以在短时间内运行系统。这可以作为能量管理策略的一部分以“缓冲”能量，使得当采集不能提供足够的输入来给系统完全地供电时还存在一个存储器。
[0017]根据本发明的另一方面，系统的能量管理与采集电路耦合以确保需要时能量可用，例如处理钢铁时。
[0018]建议的封装包不仅允许方便的配置状态监测，而且允许所需使用的载荷、振动、声发射以及温度通过先进的状态监测系统来测量。本发明描述了一种无线的、内嵌的传感器模块，其易于安装、在环境中稳健、能够为自己供能并且提供对轴承/壳体中振动、声发射、载荷以及温度的测量。该装置的主要目的是状态监测，然而，同一装置适用于为过程控制系统提供所需的信息以优化铁生产的质量。
[0019]本发明的上述描述以及所附的权利要求书、附图和下文优选实施例的描述示出了本发明在特定的组合中的多个突出特征。本领域技术人员能够容易地想到这些特征的其它组合或子组合，以使如权利要求中所限定的本发明适应他或她的特定需求。
【附图说明】
[0020]图1是由金属板覆盖的配备有根据本发明的传感器模块的连续铸造轴承的轴承壳体；
[0021]图2是移除金属板后图1中的轴承壳体；
[0022]图3示出了具有塑料壳体的根据本发明的传感器模块的内嵌部分；
[0023]图4示出了移除塑料壳体后根据图3的传感器模块；
[0024]图5是传感器模块以及示出夹紧机构的轴承壳体的剖视图。
【具体