本实用新型涉及机械振动测量领域，特别是一种移动物品的振动监测装置和系统。
背景技术：
随着物流网络的日渐繁忙与人们对物流运输可靠性要求的提高，迫切需要对物品运输过程中物品的振动进行有效的控制，对所运输的物品进行监测是其中必不可少的环节。本领域技术人员对用于移动物体的振动监测装置进行了大量的研究和改进。
例如，中国专利文献CN 205670071 U《一种太阳能光伏组件运输振动测试装置》公开了一种太阳能光伏组件运输振动测试装置，包括底座、升降装置、振动装置、振动台、固定装置，所述底座上设有控制面板、升降开关和测试开关，升降装置和振动装置均与控制面板电连接，底座内设有凹槽，升降装置和振动装置设置在凹槽内，升降装置通过升降柱与振动装置连接，固定装置包括固定底座、活动挡板和固定罩，固定底座上设有至少一列软质槽座，相邻两个软质槽座之间成夹持固定太阳能光伏组件的槽口，固定罩上设有与固定底座上位置相对的软质槽座，固定底座上设有滑槽，活动挡板嵌入滑槽与固定底座固定，固定罩和活动挡板通过卡扣连接。能够实现对不同型号的太阳能光伏组件进行运输模拟振动测试，提前为其运输做好防范措施的准备。但本实用新型的测试装置比较复杂且具有较大的体积，只能用于对运输过程进行模拟，在实际运输过程中并不具备安装此振动测试装置的条件。
在对移动物品的振动进行监测时，受到安装和使用条件的限制，采用的测量装置应尽可能体积小、便于安装和操作，尽可能地消除对机械系统本身的影响，所以如何将振动监测装置小型化成为本领域技术人员重点着力解决的问题之一。MEMS传感器技术的应用为解决上述问题带来了重大进展。MEMS传感器技术领域是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等诸多优点，在机械振动测量领域得到了广泛的推广应用。
例如，中国专利文献CN 103900678 A《基于多点MEMS加速度计和无线网络的设备振动监测系统》公开了一种基于多点MEMS加速度计和无线网络的设备振动监测系统。系统通过分布式多点MEMS加速度传感器对被测设备各点位加速度数据进行实时采集，数据经无线通信网络回传系统并与预设加速度阀值进行比较分析，判断是否触发振动异常报警提示，从而及时全面地掌握被测设备整体振动状态。本发明能有效地防止因被测设备某部位突发性异常振动而引发的设备共振、设备非正常磨损和由此产生的生产成品率下降问题。特别适用于拥有生产线和大型制造设备的工业企业，且成本低、可靠性高。
中国专利文献CN 205449277 U《一种网络测振仪》公开了了一种网络测振仪，包括：三轴MEMS加速度传感器，用于振动监测现场振动强度物理量的模数转换并输出加速度数据；中央处理器，用于将三轴MEMS加速度传感器采集的加速度数据转换为速度数据和主振频率；高精度电源模块，用于为该网络测振仪提供工作电源；数据存储模块，用于存储包含加速度、速度和主振频率数据；以及无线通信模块，用于接受无线客户端的指令并把数据文件传输给无线客户端；所述高精度电源模块、数据存储模块、三轴MEMS加速度传感器和无线通信模块均与中央处理器连接。本实用新型能提供加速度、速度、主振频率等多个振动强度评价参数，同时集传感器和采集仪于一体的，具有体积小和重量轻的优点。
上述专利文献将MEMS传感器应用于机械系统的振动测量领域，可以减小测量装置的体积，降低其重量，具有便于安装、使用方便等优点，显著地扩大了可测量的场合。但对于移动物品的振动监测，特别是远距离运输物品的振动监测，由于其取电的便捷性受到限制，所以对振动监测装置的节能性有很高的要求，上述专利文献均未涉及解决这一技术问题的技术方案。
所以，如何在前述研究的基础上，提出一种有效的手段，使得用于移动物品的振动监测系统在方便使用的同时，兼具节能性的优点，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种移动物品的振动监测装置，包括：初始设定模块，用于设定第一测量频率、第二测量频率和振动强度阈值，第二测量频率高于第一测量频率；低频监测模块，用于以第一测量频率测量移动物体的振动强度，得到第一振动强度数据；第一强度判断模块，用于对振动强度数据进行判断，如果振动强度数据未超出振动强度阈值，则继续采用低频监测模块进行测量，如果振动强度数据超出振动强度阈值，则采用高频监测模块进行测量；高频监测模块，以第二测量频率测量移动物品的振动强度。
进一步地，当高频监测模块以第二测量频率测量移动物品的振动强度时，得到第二振动强度数据，振动监测装置还包括：第二强度判断模块，用于对第二振动强度数据进行判断，如果第二振动强度数据未超出振动强度阈值，则采用低频监测模块进行测量，如果第二振动强度数据超出振动强度阈值，则继续采用高频监测模块进行测量。
优选地，振动监测装置还包括：存储单元，用于接收并存储高于振动强度阈值的第二振动强度数据；以及通讯单元，用于发送高于振动强度阈值的第二振动强度数据。
进一步地，振动监测装置还包括滤波单元，用于在第一强度判断之前识别并滤除振动强度数据中包含的无效振动数据。
本实用新型还公开了一种移动物品的振动监测系统，包括运动传感器、中央处理器和如上所述的振动监测装置，振动监测装置设置于中央处理器上，运动传感器连接于中央处理器，并且执行中央处理器发送的相应指令。
进一步地，运动传感器为MEMS传感器。
优选地，中央处理器为嵌入式处理器，运动传感器和中央处理器集成于同一电路板上，且中央处理器为32位RISC处理器。
综上，本实用新型提出的移动物品的振动监测装置和系统，当移动物品的振动强度较低时，采用较低的频率测量其振动强度，当移动物品的振动强度较高时，采用较高的频率测量其振动强度。这是由于，当移动物品的振动强度较低时，振动对移动物品的危害较小，不必进行过多的关注，此时可采用较低的测量频率进行测量，从而节省测量功耗，当移动物品的振动强度高过振动强度阈值时，此时需要增加测量的精确度，则将测量频率提高，如此，不同的振动强度，采用分级的测量频率，可以在满足测量精度需求的同时，显著节省测量功耗，这在取电条件受限的移动物品振动监测场合，具有显著的推广价值。
另外，本实用新型采用MEMS传感器对移动物品的振动强度进行测量，可以发挥MEMS传感器体积小的优势，将运动传感器和中央控制器集成于同一电路板上，大大减小了振动监测装置的体积，为振动监测装置的安装提供了便利。
为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例并结合附图详细说明。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的移动物品的振动监测装置模块连接图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本实用新型的限制。
【第一实施例】
如附图1所示，本实用新型第一实施例提供了一种移动物品的振动监测装置100，包括：
初始设定模块101，用于设定第一测量频率、第二测量频率和振动强度阈值，测量频率为两级，分别为第一测量频率和第二测量频率，第二测量频率高于第一测量频率；
低频监测模块102，用于以第一测量频率测量移动物体的振动强度，得到第一振动强度数据，此处表征振动强度的物理量可以是被测物体的位移/角位移、速度/角速度或者加速度/角加速度；第一测量频率、第二测量频率和振动强度阈值应依据被测物品的类型和移动过程中的路况来决定，对振动危害敏感的物品应设定相对较低的振动强度阈值和较高的测量频率；
第一强度判断模块103，用于对振动强度数据进行判断，如果振动强度数据未超出振动强度阈值，则继续采用低频监测模块以第一测量频率测量移动物体的振动强度，如果振动强度数据超出振动强度阈值，则采用高频监测模块进行测量；
高频监测模块104，以第二测量频率测量移动物品的振动强度。
进一步地，当高频监测模块104以第二测量频率测量移动物品的振动强度时，得到第二振动强度数据，振动监测装置100还包括：第二强度判断模块105，用于对第二振动强度数据进行判断，如果第二振动强度数据未超出振动强度阈值，则采用低频监测模块进行测量，如果第二振动强度数据超出振动强度阈值，则继续采用高频监测模块进行测量。
当移动物品的振动强度较低时，振动对移动物品的危害较小，不必进行过多的关注，此时可采用较低的测量频率进行测量，从而节省测量测量功耗，当移动物品的振动强度高过振动强度阈值时，此时需要增加测量的精确度，再将测量频率提高，如此，不同的振动强度，采用分级的测量频率，可以在满足测量精度需求的同时，显著节省测量功耗，这在取电条件受限的移动物品振动测量场合，具有显著的推广价值。
进一步地，振动监测装置100中还包括滤波单元106，滤波单元106用于识别并滤除振动强度数据中包含的无效振动数据。无效振动数据反映的不是被测移动物品的实际振动情况，如果不将之滤除不仅增加运算数据量，也会对测量精度带来不利的影响。无效振动数据的判别方法有幅值鉴别法、频谱窗法等。幅值鉴别法是通过判断测得的振动强度数据的在时域内的幅值，剔除不属于被测移动物体振幅范围的振动数据；频谱窗法是先对测得的振动强度数据进行傅立叶转换得到其在频域内的幅值，再通过窗函数截取的办法得到主瓣的频谱数据，即剔除无效振动数据后的被测移动物体的振动强度频谱数据。
优选地，滤波单元106采用鲁棒自适应滤波算法。鲁棒自适应算法能自动适应非平稳环境与变化的系统，在一定范围内能够自我修复，是对移动物体的振动数据进行滤波处理的优选算法。
优选地，强度阈值采用实时在线的方式设置，根据实时路况和测量需求方便地设置振动强度阀值。
进一步地，振动监测装置100还包括：
存储单元107，用于接收并存储超过振动强度阀值的第二振动强度数据，可以是本地存储，也可以是远程存储，且只对超出振动阈值的振动强度数据进行存储，节省存储空间，方便数据的维护与管理；
通讯单元108，用于发送超过振动强度阀值的第二振动强度数据，将数据发送到远程接收端，以便管理人员进行读取并决策。
优选地，通讯单元108的通讯方式为GPRS无线通讯。
进一步地，通讯单元108将振动强度数据发送至云端存储器或网关存储器，进一步简化振动监测装置100。具体地，振动强度数据可以由通讯单元108直接发送至云端存储器，也可以通过中继器传送到云端存储器。术语云端存储器是云存储技术的存储设备。云存储是一种新型的网络存储技术，是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。使用者可以在任何时间、任何地方，通过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据。
优选地，振动监测装置100还包括：
电源管理模块，振动监测装置100的各个模块或单元均通过电源管理模块与供电电源相连，通过电源管理模块对振动监测装置100中电源的分配进行优化，降低振动监测装置100的功耗。
【第二实施例】
本实用新型第二实施例公开了一种移动物品的振动监测系统，包括运动传感器、中央处理器和振动监测装置，振动监测装置包括：
初始设定模块，用于设定第一测量频率、第二测量频率和振动强度阈值，测量频率为两级，分别为第一测量频率和第二测量频率，第二测量频率高于第一测量频率；
低频监测模块，用于以第一测量频率测量移动物体的振动强度，得到第一振动强度数据，此处表征振动强度的物理量可以是被测物体的位移/角位移、速度/角速度或者加速度/角加速度；第一测量频率、第二测量频率和振动强度阈值应依据被测物品的类型和移动过程中的路况来决定，对振动危害敏感的物品应设定相对较低的振动强度阈值和较高的测量频率；
第一强度判断模块，用于对振动强度数据进行判断，如果振动强度数据未超出振动强度阈值，则继续采用低频监测模块以第一测量频率测量移动物体的振动强度，如果振动强度数据超出振动强度阈值，则采用高频监测模块进行测量；
高频监测模块，以第二测量频率测量移动物品的振动强度。其中，振动监测装置设置于中央处理器上，运动传感器连接于中央处理器，并且执行中央处理器发送的相应指令。
术语运动传感器指一种检测装置，能够检测被测物体在长度和/或角度上的移动量、移动速度以及移动加速度。优选地，实时监测步骤中使用MEMS传感器对移动物体的振动强度进行测量。这里的MEMS传感器类型根据测量的物理量来分可以是测量位移、速度或加速度的传感器，根据测量维度来分可以是测量长度或测量角度的传感器，也可以是二者兼而有之。本实用新型采用MEMS传感器对移动物品的振动强度进行测量，可以发挥MEMS传感器体积小的优势，将测量模块和中央控制器集成于同一电路板上，大大减小了采用本方法的振动监测装置的体积，为振动监测装置的安装提供了便利。
优选地，中央处理器为嵌入式处理器，运动传感器和中央处理器集成于同一电路板上，且中央处理器为32位RISC处理器。
进一步地，当高频监测模块以第二测量频率测量移动物品的振动强度时，得到第二振动强度数据，振动监测装置还包括：第二强度判断模块，用于对第二振动强度数据进行判断，如果第二振动强度数据未超出振动强度阈值，则采用低频监测模块进行测量，如果第二振动强度数据超出振动强度阈值，则继续采用高频监测模块进行测量。
这是由于，当移动物品的振动强度较低时，振动对移动物品的危害较小，不必进行过多的关注，此时可采用较低的测量频率进行测量，从而节省测量测量功耗，当移动物品的振动强度高过振动强度阈值时，此时需要增加测量的精确度，再将测量频率提高，如此，不同的振动强度，采用分级的测量频率，可以在满足测量精度需求的同时，显著节省测量功耗，这对于取电条件受限的移动物品振动测量场合，具有显著的推广价值。
优选地，振动监测装置还包括：存储单元，用于接收并存储超过振动强度阀值的第二振动强度数据，可以是本地存储，也可以是远程存储，且只对超出振动阈值的振动强度数据进行存储，节省存储空间，方便数据的维护与管理；通讯单元，用于发送超过振动强度阀值的第二振动强度数据，将数据发送到远程接收端，以便管理人员进行读取并决策。具体地，第二振动强度数据可以直接发送至云端存储器，也可以通过中继器传送到云端存储器。术语云端存储器是云存储技术的存储设备。云存储是一种新型的网络存储技术，是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。使用者可以在任何时间、任何地方，通过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据。
进一步地，振动监测装置中还包括滤波单元，滤波单元用于识别并滤除振动强度数据中包含的无效振动数据。无效振动数据反映的不是被测移动物品的实际振动情况，如果不将之滤除不仅增加运算数据量，也会对测量精度带来不利的影响。无效振动数据的判别方法有幅值鉴别法、频谱窗法等。幅值鉴别法是通过判断测得的振动强度数据的在时域内的幅值，剔除不属于被测移动物体振幅范围的振动数据；频谱窗法是先对测得的振动强度数据进行傅立叶转换得到其在频域内的幅值，再通过窗函数截取的办法得到主瓣的频谱数据，即剔除无效振动数据后的被测移动物体的振动强度频谱数据。
优选地，滤波步骤中使用鲁棒自适应滤波算法。鲁棒自适应算法能自动适应非平稳环境与变化的系统，在一定范围内能够自我修复，是对移动物体的振动数据进行滤波处理的优选算法。
进一步地，振动强度阈值采用实时在线的方式设置，根据实时路况和测量需求方便地设置振动强度阀值。
综上所述，本实用新型提供一种移动物品的振动监测装置和系统，可以有效降低测量功耗，方便地在移动物品上进行安装。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。