[实用新型]用于工程机械故障检测的传感器系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及工程机械安全监控设备，特别涉及一种用于工程机械故障检测的传感器系统。

背景技术

传感器作为一种监测设备已在社会中得到广泛的应用，它为系统的决策和处理提供了所必须的原始数据。例如，在轿车上就集成多种传感器，用于整车一些重要数据的提取与监控，保证车辆及使用者的安全。但在工程机械上却较少看到用于安全监测的传感器。

在我国以及美国的专利数据库到目前为止还未找到将微应变片阵列的微加速度计，微压电超声传感器用于工程机械安全监控的案例，在实际工程中也很少见到这样的运用。目前国产工程机械在中国市场的占有率已达80%以上，用于安全监测的传感器在工程机械上的使用还处于落后的状态。我国工程机械普遍施工任务繁重，工作环境恶劣，不重视设备保养，因此我国的工程机械往往寿命短，使用中存在严重的安全隐患。在我国，传统的工程机械往往没有安全监测装置，或者只是针对某一种重要的故障形式实现监控，难以实现故障点的全面监测，因此工程机械在使用时存在着诸多的安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种用于工程机械故障检测的传感器系统。

在本实用新型中，通过使用应变片阵列监测工程机械关键部位的应力、应变状况，用加速度计监测工程机械工作部件的振动，用微压电超声传感器监测工程机械工作部件关键处的裂纹，并将三者集成，从而达到对工程机械全面实时安全监控的目的。

本实用新型的系统由微应变片阵列、微加速度传感器、微压电超声传感器、数据处理模块、无线传输元件组成，其特征在于所述微应变片阵列直接粘贴于工程机械应力集中处，用于检测粘贴处的应力状况。微加速度传感器、微压电超声传感器、数据处理模块、无线传输元件集成于柔性基板上，通过柔性基板固定于工程机械。该基板具有柔韧性，能够随粘贴部位产生一定的微形变，柔性基板上设有印刷电路，从而实现系统内的电连接，微应变片阵列及传感器经印刷电路实现系统内的电连接，系统经无线传输元件输出检测信号。微加速度传感器安装于工程机械振动强烈（如整套臂架的端部）及主要的连接部位（如各节臂架以及连杆上）。通过采集各处微加速度传感器所测得的数据，对工程机械臂架的振动水平进行监测。微压电超声传感器安装于工程机械臂架以及连杆上。系统经无线传输元件输出检测信号，根据工程机械关键部位危险点的具体应力分布特征及构件几何特征，采用应变片花或惠斯通电桥对构件的应力水平进行实时检测。在普通工作状态下，微压电超声传感器处于低功耗的监听状态。当有裂纹产生或扩展时，所激发的机械波会激活微压电超声传感器，微压电超声传感器会主动发出超声波到结构中，再通过检测从结构中反射回来的超声波对裂纹位置和大小进行准确的定位。

所述数据处理模块由数据放大器，A/D转换器及单片机组成。其中微应变片、微加速度传感器、微压电超声传感器与数据放大器连接，数据放大器与A/D转换器电路连接，A/D转换器与单片机电路连接，单片机与无线传输元件电路连接。

所述微应变片阵列、微加速度传感器、微压电超声传感器、数据处理模块、无线传输元件之间的连接方式为有线电路连接，实现系统功能和数据传输，系统由外部电源统一供电，或通过能量收集器供电。

所述在工程机械上易布线的位置采用传统电线供能，不易布线的位置及小功率器件采用能量收集装置或电池供能。能量收集器为具有压电功能的能量收集装置，能够在工程机械工作的时候，将其部分机械能转化为电能，对系统中的微电装置供能。

所述微应变片阵列粘贴在销轴上采用应变花监测方式，粘贴在工程机械臂架上的微应变片阵列采用惠斯通电桥监测方式。

本发明的优点是通过基于MEMS技术的芯片制作及封装方法，将多传感器监测系统的总体尺寸减到最小，运用多传感器系统对工程机械使用进行全面检测，实现在工程机械上的可行性，及时处理工程机械的故障。

附图说明

图1传感器在工程机械上的结构布置示意图；

图2应变片在臂架底端U型槽处的粘贴方式示意图；

图3应变片在臂架连接销轴处的粘贴方式示意图；

图4微压电超声传感器的工作原理示意图，其中：（a）微压电超声传感器被动监测，低功耗状态；（b）裂纹的产生与扩展产生机械波；（c）主动监测，发出超声波；（d）裂纹将超声波发射回微压电超声传感器；图5系统通过柔性基板在臂架上的结构固定示意图。