[實用新型]用于工程機械故障檢測的傳感器系統

有效

• 申請號: 201320811013.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN203704971U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 劉勝;李龍;王小平
• 申請（專利權）人: 武漢飛恩微電子有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本實用新型涉及工程機械安全監控設備，特別涉及一種用于工程機械故障檢測的傳感器系統。

背景技術

傳感器作為一種監測設備已在社會中得到廣泛的應用，它為系統的決策和處理提供了所必須的原始數據。例如，在轎車上就集成多種傳感器，用于整車一些重要數據的提取與監控，保證車輛及使用者的安全。但在工程機械上卻較少看到用于安全監測的傳感器。

在我國以及美國的專利數據庫到目前為止還未找到將微應變片陣列的微加速度計，微壓電超聲傳感器用于工程機械安全監控的案例，在實際工程中也很少見到這樣的運用。目前國產工程機械在中國市場的占有率已達80%以上，用于安全監測的傳感器在工程機械上的使用還處于落后的狀態。我國工程機械普遍施工任務繁重，工作環境惡劣，不重視設備保養，因此我國的工程機械往往壽命短，使用中存在嚴重的安全隱患。在我國，傳統的工程機械往往沒有安全監測裝置，或者只是針對某一種重要的故障形式實現監控，難以實現故障點的全面監測，因此工程機械在使用時存在著諸多的安全隱患。

發明內容

本實用新型的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種用于工程機械故障檢測的傳感器系統。

在本實用新型中，通過使用應變片陣列監測工程機械關鍵部位的應力、應變狀況，用加速度計監測工程機械工作部件的振動，用微壓電超聲傳感器監測工程機械工作部件關鍵處的裂紋，并將三者集成，從而達到對工程機械全面實時安全監控的目的。

本實用新型的系統由微應變片陣列、微加速度傳感器、微壓電超聲傳感器、數據處理模塊、無線傳輸元件組成，其特征在于所述微應變片陣列直接粘貼于工程機械應力集中處，用于檢測粘貼處的應力狀況。微加速度傳感器、微壓電超聲傳感器、數據處理模塊、無線傳輸元件集成于柔性基板上，通過柔性基板固定于工程機械。該基板具有柔韌性，能夠隨粘貼部位產生一定的微形變，柔性基板上設有印刷電路，從而實現系統內的電連接，微應變片陣列及傳感器經印刷電路實現系統內的電連接，系統經無線傳輸元件輸出檢測信號。微加速度傳感器安裝于工程機械振動強烈（如整套臂架的端部）及主要的連接部位（如各節臂架以及連桿上）。通過采集各處微加速度傳感器所測得的數據，對工程機械臂架的振動水平進行監測。微壓電超聲傳感器安裝于工程機械臂架以及連桿上。系統經無線傳輸元件輸出檢測信號，根據工程機械關鍵部位危險點的具體應力分布特征及構件幾何特征，采用應變片花或惠斯通電橋對構件的應力水平進行實時檢測。在普通工作狀態下，微壓電超聲傳感器處于低功耗的監聽狀態。當有裂紋產生或擴展時，所激發的機械波會激活微壓電超聲傳感器，微壓電超聲傳感器會主動發出超聲波到結構中，再通過檢測從結構中反射回來的超聲波對裂紋位置和大小進行準確的定位。

所述數據處理模塊由數據放大器，A/D轉換器及單片機組成。其中微應變片、微加速度傳感器、微壓電超聲傳感器與數據放大器連接，數據放大器與A/D轉換器電路連接，A/D轉換器與單片機電路連接，單片機與無線傳輸元件電路連接。

所述微應變片陣列、微加速度傳感器、微壓電超聲傳感器、數據處理模塊、無線傳輸元件之間的連接方式為有線電路連接，實現系統功能和數據傳輸，系統由外部電源統一供電，或通過能量收集器供電。

所述在工程機械上易布線的位置采用傳統電線供能，不易布線的位置及小功率器件采用能量收集裝置或電池供能。能量收集器為具有壓電功能的能量收集裝置，能夠在工程機械工作的時候，將其部分機械能轉化為電能，對系統中的微電裝置供能。

所述微應變片陣列粘貼在銷軸上采用應變花監測方式，粘貼在工程機械臂架上的微應變片陣列采用惠斯通電橋監測方式。

本發明的優點是通過基于MEMS技術的芯片制作及封裝方法，將多傳感器監測系統的總體尺寸減到最小，運用多傳感器系統對工程機械使用進行全面檢測，實現在工程機械上的可行性，及時處理工程機械的故障。

附圖說明

圖1傳感器在工程機械上的結構布置示意圖；

圖2應變片在臂架底端U型槽處的粘貼方式示意圖；

圖3應變片在臂架連接銷軸處的粘貼方式示意圖；

圖4微壓電超聲傳感器的工作原理示意圖，其中：（a）微壓電超聲傳感器被動監測，低功耗狀態；（b）裂紋的產生與擴展產生機械波；（c）主動監測，發出超聲波；（d）裂紋將超聲波發射回微壓電超聲傳感器；圖5系統通過柔性基板在臂架上的結構固定示意圖。