无线状态监测系统——现场应用分析

时间 2021-01-06 标签无线监测物联网传感器振动分析

本文分为“车辆状态监测”、“机器健康监测“和”桥梁结构健康监测”三个部分

前言

我想先解释一下为什么一直强调无线，首先我们来谈一下有线的情况，可以说有线除了数据传输稳定之外几乎一无是处，就说三点麻烦：

1、在复杂环境中布线对安装要求很高，看一下标题的图片，你可以想象一下在工地、工厂或实验室中还要像机房一样布线，而且机房是静态的，工厂工地实验室是动态的，通常测量节点还不是只有一个，每多一个节点就多一条线，稍不整理就变成麻花状，极其难以辨识和维护。

2、几乎所有的有线监测都需要连接到特定的数据采集仪，这就得考虑采集仪的成本（用过的都知道贵），而无线只需要一个网关就能支持上百个节点的带宽，还不用拿线连着，直接上传到你的个人电脑同步数据以供查询和分析。

3、最后也是最为愚蠢的一点是有线传输一般都很怕停电，或者是意外关机，遇上这种情况没有备用电源基本就凉了，好一点的情况就是之前存储的监测资料还在数据采集仪里面，坏一点就是把资料给烧没了。因为有线传输一般都是数据采集设备——数据记录仪——主机一体式的连线，一家人就整整齐齐的上战场了。而无线状态监测则是传感器节点独立电池供电，网关独立供电，主机也独立供电，这样三权分立保证传感节点的长时间续航，网关数据随时传输到云端存储，保证数据的安全，主机可以随时从云端或直接从网关调用数据进行分析。

就不说低功耗省电节约能源什么的了，感觉大部分选手都很rich，只有特别特别大的大哥工厂比较在意这个成本。

那么说回MicroStrain，唯一的稳定传输的特性也被MicroStrain征服了，自研的LXRS +通讯协议可以达到几乎无损的数据吞吐量和时间同步性。

下面就进入正题吧，为什么需要进行无线状态监测，因为是译文，就比较正经了，希望各位耐心浏览

车辆无线状态监测

为什么监控组件健康？
监控组件运行状况对于最大化机器可用性和降低运营成本至关重要。工业车辆受到可变条件的影响，这些条件会削弱其性能和寿命。LORD MicroStrain的集成监控系统提供可扩展的解决方案，以有效跟踪车辆健康和组件使用情况。它们非常适用于重型建筑设备的增强状态维护（CBM）。

所以我们在测量什么？
LORD MicroStrain的微型无线节点（用于振动，压力，负载，腐蚀，应变，扭矩，温度和方向）集成在发动机，动力传动系，制动器，车身和驾驶室内。它们的无线设计可实现快速集成和安装，而不会中断性能或操作。

使用复杂的分析跟踪无限参数
LORD MicroStrain的车辆监控系统，包括SG-Link无线传感器节点，跟踪非公路车辆的结构应变。嵌入式疲劳跟踪算法可实现自动警报，简化维护操作和车队管理。无线数据在支持自定义健康指标的基站上聚合。

它还可以与SensorCloud™进行安全通信，SensorCloud™是一种远程数据管理和分析平台，可让服务技术人员访问无限的车队数据，以增强跟踪，报告和警报。因此，重型车辆操作员可以提高定期维护计划的有效性，最大限度地延长部件使用寿命，提高机器可用性并降低运营成本…所有这些都不会牺牲运输性能。

LORD MicroStrain的CBM系统能够将智能健康指标集成到：
∙最大化发动机动力管理
∙监控扭矩和行星动力传动系传动
∙跟踪制动液的温度和压力
∙报告暂停负载
∙测量车辆方向
∙验证卡车，装载机，挖掘机，推土机和收割机的驾驶室舒适度

机器健康监测——无线振动监测

通过智能振动监测和预测分析最大限度地延长正常运行时间
应用研究 - 了解关键组件性能
使用实时监控来了解在线机器振动可使机器保持运行; 允许预测而不是被动维护，通过历史趋势分析和机器与操作环境之间的比较得出机器关键组件状态的分析结果。

传统监测系统的困境
基于振动的机器健康监测传统上需要访问昂贵的传感硬件和软件，迫使关键资产的所有者和操作者在权衡健康监测系统的益处时做出艰难的ROI选择。

实时警报和历史分析 - 使用SensorCloud和MathEngine分析工具，通过设备生命周期提供机器和操作环境之间的特征度量标准。

机器健康监测的好处

• 减少关键资产的意外停机时间
• 通过在问题升级之前解决问题来防止对设备的昂贵损坏
• 以最小的前期费用实现快速投资回报
• 在诊断异常机器行为时，与队友和振动专家协作

极好的用户体验
• 独特的可视化工具可扩展至TB级数据集
• 强大的MathEngine分析环境，可以完全访问Python，Scipy和Numpy
• 条件超出的实时短信和电子邮件警报
• 具有可嵌入小部件，全白标签选项和集成服务的自定义可构建仪表板

机器健康监测 - 测量工厂设备的使用中振动，可在高价值生产过程中进行预测性维护

解决方法
云计算和大数据工具大大降低了处理许多工业振动应用中常见的大量传感器数据的相关成本。SensorCloud的工业客户正在利用这些新功能部署基于状态的监控和预测系统，而成本和安装时间只是传统系统的一小部分。

连接：传感器数据可以发布到SensorCloud平台，时间戳分辨率为1纳秒，适用于从有线和无线加速度计获取高速振动波形。相同的API也可用于发布和同步温度，压力，扭矩和转速。

监控：设备所有者和操作员可以配置定制的SMS和电子邮件警报，以通知人员超出操作限制的机器状况，或者可能需要调查和预防措施。

分析：灵活的MathEngine®分析环境允许客户部署特定于设备的健康监测算法，以提取关键振动指标（RMS和峰值速度，RMS和峰值加速度，波峰因数）并生成趋势报告。

无线传感节点连接，输入为传感器信号，到传输节点，节点分配到计算机或数据中心

无线桥梁结构健康监测

纽约Hornell的BridgeComposites有限责任公司使用LORD MicroStrain无线网桥监控系统来评估隔震支座。

无线系统和智能桥梁

独特的交通负荷，环境条件和地震事件会对公路桥梁等结构施加不良应力。美国有四分之一的桥梁在结构上缺乏或功能上已经过时。

纽约Hornell的BridgeComposites有限责任公司使用LORD MicroStrain无线网桥监控系统来评估隔震支座。低功耗无线传感器节点网络为工程师提供实时连续同步性能和环境数据。MicroStrain的SensorCloud™上基于云的远程数据可视化和分析工具使BridgeComposites和研究人员能够更高效，更经济地表征桥接组件的长期性能。

可扩展的网络和快速安装

量化桥接性能需要分布式监控功能网络。然而，安装传统的硬连线解决方案会带来许多成本，劳动力和物流障碍，从而实现足够的规模。LORD MicroStrain的无线解决方案大大减少了与硬连线安装相关的时间和中断，同时保留了跨任意长度桥的同步高速数据。

在几个小时内，由两名工程师组成的团队完全部署了无线网桥监控网络。该网络由七个无线传感器节点组成，包括：两个G-Link®加速节点，两个DVRT®线性位移传感器，两个TC-Link®温度节点和一个SG-Link®应变节点。无损，扩展范围，同步采样确保了在黑色环境中可靠的数据通信。先进的能源管理协议和能量收集功能可承诺多年运行，无需更换电池。

每个传感器记录一个特定的测量值，捕获轴承的使用中的行为。加速度计连续采样16Hz的桥振动。收集的数据使研究人员能够确定新轴承适应正常应力的能力，同时也能防止潜在地面运动造成的损坏。安装在两个不同轴承上的直线运动传感器通过热循环测量桥梁的纵向移动。将应变仪安装到端部隔膜梁上以测量在地震事件期间可能经受的力。

SensorCloud™上的无限桥接性能数据

LORD MicroStrain的支持Web的WSDA®-2000网关聚合时间, 以用户可配置的速率从网络上标记数据。数据通过蜂窝调制解调器传送到SensorCloud™，BridgeComposites可以在这里与桥主和协作者一起查看和共享数据。此外，用户可以创建阈值警报，以在超出预定条件时自动发送电子邮件或文本通知。

根据BridgeComposites总裁Jerome O’Connor的说法，“虽然系统在诸如地震等不常发生的极端事件下记录数据，但BridgeComposites还能够实时远程定量评估轴承性能。具体而言，捕获交通负载下的轴承行为不断变化的环境条件使我们的工程师能够在实际使用条件下观察响应。“

最后
如果各位看到这里，首先很感谢您的耐心，本文也只是想给各位提供这么一个工具和思路，虽然用了我会很开心，当然即使不尝试，也希望能引起您的兴趣，多一点交流的可能性，关于MEMS传感器和无线传感系统的知识，欢迎随时咨询或探讨。