一种振动传感器的制作方法

1.本技术属于工程监测技术领域，具体涉及一种振动传感器。


背景技术：

2.在爆破、微震、风机塔等工程的安全监测中，振动位移传感器、振动加速度传感器、振动速度传感器被广泛应用，用来监测位移量(如间隙变换)、加速度和速度。这类振动传感器均是利用线缆(如485线缆)进行有线的数据传输，这种方式限制了工程监测上位机的距离范围，在复杂的工程中，应用布线上往往给用户带来很大的困扰。传统的振动传感器只是简单传出电压变化信号，使用时还须接通配套的采集仪。且这类振动传感器一般仅能对单一的参量测量，在实际中面对用户应用需求变化时，灵活性不强。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本技术提出一种振动传感器，基于具体的组件构成，来实现本地信号转换及无线传输，有利于提高传感器的适用性。
5.为实现以上目的，本技术采用如下技术方案：
6.本技术提供一种振动传感器，该振动传感器包括：壳体以及设置在所述壳体内的测量实现单元、数据传输单元以及供电单元；
7.所述测量实现单元，用于将表征被测物体振动信息的电压信号进行转换处理，形成感测数据；
8.所述数据传输单元包括无线传输模块，所述无线传输模块用于将所述感测数据无线传输给远端服务器；
9.所述供电单元，用于为传感器提供工作电源。
10.可选地，所述测量实现单元包括：
11.拾振器模块，用于感测被测物体的振动，生成三向电压变化信号；
12.参量转换模块，用于基于内置的三向四路转换电路，对所述三向电压变化信号进行阻抗调整及硬件积分，生成加速度感测信号、速度感测信号和位移感测信号；
13.数据生成模块，用于对各感测信号进行模数转换及处理，形成待传输的感测数据。
14.可选地，所述数据生成模块包括依次连接的模数转换子模块、数字处理子模块以及生成处理子模块；
15.所述模数转换子模块基于单信号双通道模数转换芯片实现，用于对感测信号进行模数转换及硬件滤波；
16.所述数字处理子模块基于dsp处理芯片实现，用于对模数转换子模块输出的信号进行预设处理，输出包含感测信号的主频率信息和峰峰值信息的中间信号，其中，所述预设处理包括数字滤波及压缩变换、主频率及峰峰值计算；
17.所述生成处理子模块基于cpu处理芯片实现，其用于对所述中间信号进行处理，生成待传输的感测数据。
18.可选地，所述壳体上嵌设有功能切换旋钮；
19.所述参量转换模块还内置有与所述功能切换旋钮相连接的波段开关子模块；所述波段开关子模块设置在所述三向四路转换电路的输出侧，所述功能切换旋钮和所述波段开关子模块用于实现传感器测量参量的切换。
20.可选地，所述数据传输单元还包括有线传输模块。
21.可选地，所述有线传输模块包括485通信模块；所述无线传输模块包括4g无线通信模块。
22.可选地，所述壳体为圆柱状壳体；
23.所述功能切换旋钮嵌设在圆柱状壳体的上端面，所述上端面上还设置有sim卡插入槽、外接天线接口、航空插头接口以及指示灯；
24.所述sim卡插入槽和所述外接天线接口分别与所述无线传输模块电连接，所述航空插头接口与所述有线传输模块电连接，所述指示灯与所述数据生成模块电连接。
25.可选地，所述上端面上还固定设置有便携提手；
26.所述圆柱状壳体的下端面边缘处形成有安装脚。
27.可选地，所述供电单元包括二次电池供电模块；
28.所述二次电池供电模块与嵌设在所述壳体上的外部充电接口电连接。
29.本技术采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
30.本技术的技术方案，通过在传感器的壳体内设置具有无线传输能力的数据传输单元，可通过无线方式将本地生成的感测数据传输给远端服务器，该传感器设备在应用中不受布线条件的限制，适用性更强。
31.本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
32.附图用来提供对本技术的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本技术实施例的附图与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，但并不构成对本技术技术方案的限制。
33.图1为本技术一个实施例提供的振动传感器的框图示意图；
34.图2为本技术一个实施例提供的振动传感器的壳体部件结构示意图；
35.图3为本技术一个实施例提供的振动传感器的部分电路原理框图示意图；
36.图4为本技术一个实施例提供的振动传感器的参量转换模块的部分电路原理图一；
37.图5为本技术一个实施例提供的振动传感器的参量转换模块的部分电路原理图二；
38.图6为本技术一个实施例提供的振动传感器的参量转换模块的部分电路原理图
三；
39.图7为本技术一个实施例提供的振动传感器的参量转换模块的部分电路原理图四。
40.图中，
41.100-壳体；101-功能切换旋钮；102-sim卡插入槽开口；103-外接天线接口孔位；104-航空插头接口孔位；105-指示灯孔位；106-便携提手安装孔位；107-安装脚；
42.10-测量实现单元；11-拾振器模块；
43.12-参量转换模块；12a-三向四路转换电路；12b-波段开关子模块；
44.13-数据生成模块；13a-模数转换子模块；13b-数字处理子模块；13c-生成处理子模块；
45.20-数据传输单元；21-无线传输模块；22-有线传输模块。
具体实施方式
46.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
47.如背景技术中所述，在爆破、微震、风机塔等工程的安全监测中，振动位移传感器、振动加速度传感器、振动速度传感器被广泛应用，用来监测位移量(如间隙变换)、加速度和速度。这类振动传感器均是利用线缆(如485线缆)进行有线的数据传输，这种方式限制了工程监测上位机的距离范围，在复杂的工程中，应用布线上往往给用户带来很大的困扰。传统的振动传感器只是简单传出电压变化信号，使用时还须接通配套的采集仪。且这类振动传感器一般仅能对单一的参量测量，在实际中面对用户应用需求变化时，灵活性不强。
48.针对于此，本技术提出一种振动传感器，基于具体的组件构成，来实现本地信号转换及无线传输，有利于提高传感器的适用性。
49.在一实施例中，如图1和图2所示，本技术提出的一种振动传感器，其包括：壳体100以及设置在壳体100内的测量实现单元10、数据传输单元20以及供电单元30，举例而言，如图2所示，该实施例中壳体100为圆柱状壳体；
50.这里的测量实现单元10，用于将表征被测物体振动信息的电压信号进行转换处理，形成感测数据；
51.这里的数据传输单元20包括无线传输模块21，无线传输模块21用于将感测数据无线传输给远端服务器(如监测上位机服务器)；
52.举例而言，这里的无线传输模块可采用4g无线通信模块，容易理解的是4g无线通信模块需要sim卡和外接天线，相应的上端面上还设置有sim卡插入槽、外接天线接口(如图2所示，壳体100上对应设置有sim卡插入槽开口102，以及外接天线接口孔位103)，sim卡插入槽和外接天线接口分别与无线传输模块21电连接；
53.实际中，测量实现单元与4g无线通信模块之间采用rs232进行通讯，通讯协议为at指令，通过power和power good信号判断模块工作状态；sim卡通过iic总线与4g无线通信模块连接，传输ccid等信息，sim卡采用外置二切卡流量卡，方便sim卡的拆取更换；4g无线通
信模块可选择外置胶棒天线(通过外接天线接口)来增强通讯能力，当然实际要求不高时，也可采用内置fpc天线。
54.该实施例中的供电单元30，其用于为传感器提供工作电源；
55.举例而言，这里的供电单元30包括二次电池供电模块(如锂电池供电模块)，二次电池供电模块与嵌设在壳体100上的外部充电接口(图中未示出)电连接，二次电池供电模块可通过外部充电接口，从外部的电源适配器、太阳能充电板、或其他电源装置获取电能进行蓄电，进而为传感器提供工作电源。
56.本技术的技术方案，通过在传感器的壳体内设置具有无线传输能力的数据传输单元，可通过无线方式将本地生成的感测数据传输给远端服务器，该种传感器在应用中不受布线条件的限制，适用性更强。
57.为便于理解本技术的技术方案，下面以另一实施例对本技术的技术方案进行介绍说明。
58.如图1至图7所示，该实施例中的振动传感器，其包括：壳体100以及设置在壳体100内的测量实现单元10、数据传输单元20以及供电单元30；
59.测量实现单元10，用于将表征被测物体振动信息的电压信号进行转换处理，形成感测数据；
60.具体的，如图1和图3，测量实现单元10包括拾振器模块11，其用于感测被测物体的振动，生成三向电压变化信号；
61.容易理解的是，拾振器模块属于振动传感器的常见检测部件，其基于差分式磁钢感应振动原理，利用无源闭环伺服技术感测被测物体的振动，生成三向电压变化信号(指x，y，z三向，如图3左下侧图例所示)。
62.如图1和图3所示，测量实现单元10还包括参量转换模块12，其用于基于内置的三向四路转换电路12a，对三向电压变化信号进行阻抗调整及硬件积分，生成加速度感测信号、速度感测信号和位移感测信号；
63.举例而言，如图4-图7所示，为该实施例中三向四路转换电路12a的部分电路原理图，其主要基于运放和外围电阻电容器件实现；三向四路中三向分别指x、y、z三个方向(即横向/纵向/竖向)，四路是指每个方向对加速度、速度及位移参量做出的阻抗调整及硬件积分(这里硬件积分指使用硬件电路对电压信号进行积分运算，如图4-6电路所示分别为x、y、z硬件积分电路)。
64.进一步，作为一种具体实施方式，如图2和图3所示，该实施例中，壳体100上嵌设有功能切换旋钮101；
65.参量转换模块12还内置有与功能切换旋钮101相连接的波段开关子模块12b(图7所示为速度选择参量部分电路)；波段开关子模块12b设置在三向四路转换电路12a的输出侧，功能切换旋钮101和波段开关子模块12b用于实现传感器测量参量的切换，举例而言，功能切换旋钮可包括加速度挡、小速度挡、中速度挡、大速度挡和位移档位等，实际中可根据使用者进行定制选择，需要说明的是，这里的功能切换，指同时控制三个方向进行相同参量的输出，如切换为加速度挡，则x、y、z三向均为加速度感测参量。
66.如图1和图3所示，测量实现单元10还包括数据生成模块13，用于对各感测信号进行模数转换及处理，形成待传输的感测数据；
67.具体的，该实施例中，如图1和图3所示，数据生成模块13包括依次连接的模数转换子模块13a、数字处理子模块13b以及生成处理子模块13c；
68.模数转换子模块13a基于单信号双通道模数转换芯片实现，用于对感测信号进行模数转换及硬件滤波，也即单信号双通道模数转换芯片可将采集单项的双通道信号转化为数字信号，同时该芯片中存在硬件滤波电路，可增强模拟量信号的抗干扰能力；
69.并且在具体应用场景下，例如爆破振动中，信号频率可达到50hz以上，对于50hz以上的信号，100hz的采样频率已然会出现信号波形错误的情况，利用双通道数据采样，后续可将双通道采样的数据在cpu中进行处理，使之采样频率可达至1000hz，有利于保证传感器对高频信号的准确测量。
70.数字处理子模块13b基于dsp处理芯片实现，用于对模数转换子模块13a输出的信号进行预设处理，输出包含感测信号的主频率信息和峰峰值信息的中间信号，这里的预设处理包括数字滤波及压缩变换、主频率及峰峰值计算、谱分析等，也即dsp处理芯片可基于具体配置算法实现对接收的数据信号的分析处理，实现本地处理功能，需要说明的这里涉及的相关配置算法属于现有技术，本技术并不涉及相关算法及方法的改进；
71.生成处理子模块13c基于cpu处理芯片实现，其用于对中间信号进行处理，生成待传输的感测数据，也即cpu处理芯片可基于具体配置实现对待传输的感测数据的生成，容易理解的是，这部分涉及的相关算法及方法与现有采集仪相同，本技术同样也不涉及该部分相关算法及方法的改进。
72.同样的，该实施例中数据传输单元20包括无线传输模块21，无线传输模块21用于将感测数据无线传输给远端服务器；
73.进一步的，该实施例中，如图1和图3所示，数据传输单元20还包括有线传输模块22，有线传输模块22同样可用于将感测数据通过线缆传输给远端服务器，举例而言，这里的有线传输模块22可采用485通信模块，相应的如图2所示，壳体上端面上还设置有航空插头接口(如图2所示，壳体100上对应设置有航空插头接口孔位104)，航空插头接口与有线传输模块22电连接；
74.此外，与现有的传感器仪器类似，这里的485通信模块还可用来进行人机交互，如进行传感器设备信息的读取与参数的修改，以及对传感器设备软件系统进行升级等。
75.该实施例中，供电单元30，用于为传感器提供工作电源；
76.这里的供电单元30包括二次电池供电模块(如锂电池供电模块)，二次电池供电模块与嵌设在壳体100上的外部充电接口(图中未示出)相连接，二次电池供电模块可通过外部充电接口，从外部的电源适配器、太阳能充电板、或其他电源装置获取电能进行蓄电，进而为传感器提供工作电源，即本技术中传感器设备在使用过程中，全程供电均由二次电池供电模块提供。
77.下面以二次电池供电模块为锂电池供电模块为例，对供电模块的充电过程进行一下介绍。与现有的电池供电技术类似，锂电池充放电控制，可利用模块中的充放电线路板的分压调节，对锂电池放电电流进行判断，通过开关三极管来控制光伏发电板(或电源适配器)的充电操作。锂电池电流过低时，三极管导通，开始进行充电；当锂电池充电完成后，电流达到关闭三极管的状态，同时也停止了光伏发电板(或电源适配器)的充电操作，保护了锂电池的寿命。
78.如图2所示，该实施例中，壳体100为圆柱状壳体；
79.功能切换旋钮101嵌设在圆柱状壳体的上端面，上端面上还设置有sim卡插入槽(对应于图2中sim卡插入槽开口102处))、外接天线接口(对应于图2中外接天线接口孔位103处)、航空插头接口(对应于图2中航空插头接口孔位104处)以及指示灯(对应于图2中指示灯孔位105处)；
80.sim卡插入槽和外接天线接口分别与无线传输模块21电连接，航空插头接口与有线传输模块22电连接，指示灯与数据生成模块13电连接。
81.进一步地，上端面上还固定设置有便携提手(对应于图2中便携提手安装孔位106处)，圆柱状壳体的下端面边缘处形成有安装脚107，便携提手及安装脚便于传感器设备的安装维护。
82.本技术的传感器设备具有如下优点：
83.(1)本技术的振动传感器是集成了加速度参量、速度计参量及位移参量于一体的多参量传感器。该传感器设置有波段开关和功能切换旋钮，使用者可根据项目监测具体要求把旋钮拨至相应档位即可完成监测参量的切换，操作简单、使用便捷。
84.(2)本技术的振动传感器加入了传统加速度、速度、位移传感器中不具备的测量实现单元和数据传输单元。
85.数据传输单元的数据传输方式是利用4g网络进行无线传输，实际中可采用双置外挂4g天线的形式，只要是4g网络覆盖的地方都可以使用，可实现远程实时监控数据、远程固件升级及修改传感器参数的功能；同时振动传感器依然保留rs-485接口，以便作为备用方式对传感器的参数进行修改。
86.测量实现单元中，加入了dsp计算系统，对传感器的信号首先进行数字滤波处理，再根据需求可对信号进行主频率计算、峰峰值计算、谱分析、压缩等一系列处理运算，并且可直接将处理好的数据通过4g进行传输，提高了信号处理的效率。
87.(3)本技术的振动传感器还改善了设备接口，使用航空插头的方式对外部设备进行连接，可以让外设连接的更加稳定牢固；在主传感机芯方面只使用了单项单传感方式，再利用硬件电路的阻抗调节设计进行参量转化，使设备压缩了体积，在使用中更加便捷。
88.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。