一种自发电旋转轴应变监测装置及系统

技术领域

本发明涉及旋转机构长时监测技术领域，特别涉及一种自发电旋转轴应变监测装置及系统。

背景技术

旋转轴是大部分旋转设备关键输送机构之一，它的运行稳定性对设备有着重要影响，旋转轴作为旋转设备的主要构件，承担设备全部的动力传输。对于需要长时间工作的设备，该类设备一般工期紧，设备在使用过程中，如果不出故障会24小时连续作业。

由于长时工作设备的旋转轴机构，无法定期拆换检修，只能等到出故障的时候进行检修，从而导致旋转轴出现故障之前无法及时发现并维修，因此经常会出现断轴现象。

为有效监测长时设备旋转轴在连续工作时的应力应变情况，需要一种能长时间运行的应变监测装置，然而目前存在的应变监测装置为充电式装置，无法长时间使用，只能满足短时测试功能，均无法满足长时工作装备的监测功能，特别是24小时连续工作的设备。

因此，若期望达到对长时工作设备旋转轴的应变监测，提供一种能长时使用，无需充电或更换电池的应变监测装置显得格外重要。

发明内容

针对目前长时工作设备的旋转轴需要长时监测的需求，需要解决目前在应变监测装置无法经常更换的前提下，电池续航能力不足，无法长时间使用的问题，本发明提出一种自发电旋转轴应变监测装置及系统，可以通过轴系的旋转，自行发电，长期提供应变监测功能，无需定期维护，为目前旋转轴应变监测的瓶颈提供有效解决方案。

本发明通过以下技术方案实现：

一种自发电旋转轴应变监测装置，包括：应变片单元、采集模块、自修正模块、自发电模块、电源模块和信号发射模块；

所述应变片单元用于安装于旋转轴的危险截面处，测量旋转轴的应变量；

所述采集模块与所述应变片单元连接，用于从所述应变片单元采集应变信号；

所述自修正模块与所述采集模块连接，用于对所述应变信号进行修正；

所述信号发射模块与所述自修正模块连接，用于将修正后的应变信号发射传输至处理设备，实现应变监测；

所述自发电模块与所述电源模块连接，用于在所述旋转轴运转过程中产生电能，并传输至所述电源模块；

所述电源模块与所述采集模块、所述自修正模块和所述信号发射模块连接，用于储存所述自发电模块产生的电能，并为所述采集模块、所述自修正模块和所述信号发射模块提供电能。

进一步的，所述自发电模块包括：加速度感应球、压力感应器、自发电框架单元以及自发电单元；

在旋转轴运转过程中，所述加速度感应球与所述压力感应器配合产生压力能；

所述自发电单元接收所述压力感应器产生的压力能，并将压力能转化为电能，传输至所述电源模块；

所述自发电框架单元用于为所述加速度感应球、所述压力感应器、所述自发电框架单元提供基础框架结构。

进一步的，在所述旋转轴系启动、停止或调速阶段，所述加速度感应球对所述压力感应器产生周向压力能；在所述旋转轴整个旋转阶段，所述加速度感应球对所述压力感应器产生径向压力能。

进一步的，所述自修正模块对所述应变信号进行修正包括：过滤噪声信号、去除偏激信号、修正误差信号。

一种自发电旋转轴应变监测系统，包括信号接收处理器、显示报警器和如上文所述的自发电旋转轴应变监测装置。

本发明提供的自发电旋转轴应变监测装置及系统，用于旋转轴应变长时监测，具有以下有益效果：

1)应变监测装置内置自发电模块，轴系旋转的动能所产生的压力能，通过自发电模块将压力能转化为电能，储存至所述电源模块，自行为监测装置各模块供电，解决监测装置不能长时供电的问题；

2)应变监测装置内置信号修正模块，过滤偏激信号，修正误差信号，使所监测的应变信号更符合应变规律；

3)此方法有效解决应变监测装置供电不足的问题，为旋转轴应变的长时监测提供有效解决方案；

4)此装置结构原理简单，操作便捷，使用简单，便于维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一实施例提供的自发电旋转轴应变监测装置的结构示意图；

图2为自发电模块原理图；

图3为本发明一实施例提供的自发电旋转轴应变监测系统的应用实例图；

附图标记如下：

100-应变监测装置；200-信号接收处理器；300-显示报警器；A-离心泵运行系统；1-应变片单元；2-采集模块；3-自修正模块；4-自发电模块；5-电源模块；6-信号发射模块；41-加速度感应球；42-压力感应器；43-自发电框架单元；44-自发电单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明为长时工作装备的旋转轴监测提供一种有效的解决方案，通过对应变信号的测量及修正，高精度提取旋转轴危险截面的应变信号，通过提供一种自发电模块方案，有效解决目前应变测试装置无法长时间工作的技术问题。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种自发电旋转轴应变监测装置100包括应变片单元1、采集模块2、自修正模块3、自发电模块4、电源模块5和信号发射模块6。

所述应变片单元1处于整个装置外部，并通过信号传输线与所述采集模块2连接，具体使用时，所述应变片单元1安装于旋转轴的危险截面处，以测量旋转轴的应变量；所述采集模块2用于采集应变信号，并将信号传输至所述自修正模块3；所述自修正模块3用于对应变信号进行修正，并传输给信号发射模块6，信号发射模块6将信号发射至其他处理设备，完成轴头变应监测。具体的，所述自修正模块3采用模块内置算法，过滤噪声信号，去除偏激信号，并修正误差信号，使应变信号更符合理论规律。

所述自发电模块4与所述电源模块5连接，用于在所述旋转轴运转过程中产生电能，并传输至所述电源模块5；所述电源模块5与所述采集模块2、所述自修正模块3和所述信号发射模块6连接，用于储存所述自发电模块4产生的电能，并为所述采集模块2、所述自修正模块3和所述信号发射模块6提供电能。具体的，所述自发电模块4能够通过感应轴系产生的惯性力，转化为压力能，进一步转化为电能，传输至电源模块5。所述电源模块5接收自发电模块4所产生的电能并储存，进而将所储存的电能提供给其他模块进行使用，维持整个装置供电正常，无需外界充电。

进一步地，如图2所示，所述自发电模块4包括加速度感应球41、压力感应器42、自发电框架单元43以及自发电单元44；在旋转轴运转过程中，所述加速度感应球41和压力感应器42配合产生压力能，具体的，加速度感应球41在旋转轴系启动、停止或调速阶段，可以感应旋转轴转动周向方向的惯性力，从而对压力感应器42产生周向压力能；在旋转轴系整个旋转阶段，均会需要向心加速度，加速度感应球41则对压力感应器42产生径向压力能。

所述自发电单元44接收压力感应器42所产生的压力能，并将压力能转化为电能，形成自发电系统，将电能传输至所述电源模块5。所述自发电框架单元43作为整个自发电模块4的基础框架结构，保证结构之间的稳定性。

基于同一发明构思，本发明还提供一种自发电旋转轴应变监测系统，如图3所示，包括信号接收处理器200、显示报警器300和如上文所述的自发电旋转轴应变监测装置100。

本发明的一个应用场景是，在离心泵运行系统A中采用本发明所述的自发电旋转轴应变监测系统进行应变监测。如图3所示，两个本发明所述的自发电旋转轴应变监测装置100，安装在两个离心泵泵轴上，随着离心泵运行，泵轴应变发生变化，两个应变监测装置100则分别对泵轴应变信号进行监测采集，并传输至信号接收处理器200进行处理分析，在通过显示报警器300进行可视化，最终实现泵轴应变可视化监测。

进一步地，随着离心泵不停机的运转，应变监测装置100内置电源会逐步消耗，本发明实现应变监测装置100通过轴系转动进行自发电，为自身信号采集供电，实现电能自给自足，无需外界充电或更换电池，实现了对离心泵这种长时设备的长时监测。

以上本发明以一台离心泵为例进行说明，但本发明的保护范围不限于此，亦可应用于其它类型长时间旋转设备。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。