在实际机械设备运行中,为了降低了监测成本通常采用 WSN 组建分布式传感网络,在监测过程中就能初步分析判断设备运行是否存在故障,有利于及时预警并作出相应挽救措施。由于传感器节点的体积小,且没有繁琐的线缆,不需要拆卸机械部件就能分析确定故障程度,甚至能够取代定期文修。25581
早在2004年,为了改善马达功效、减少能源消耗、降低成本,美国能源部、通用电气全球研究院等就开始联合开发用于工业马达监测的无线传感器网络,这为工业马达监测提供了新的发展方向[8]。
瑞典Malardalen大学设计了一套Wireless Vibration Monitoring(WiVib)振动无线传感器网络监测系统,传感器节点每隔10分钟采集一次数据。该系统只是验证了WSN在机械振动监测中应用的可行性。但数据传输丢失现象非常严重,因此在实际工业现场的应用中数据的可靠性传输问题仍需改善解决[9]。论文网
印度海军相关部门研究了一套Wireless Bearing Monitoring System(WiBeaM)监测系统用来监测感应电机轴承的振动信号。该系统采用了MoteIV公司的Tmote节点和MEMS差容式平衡加速度传感器ADXL105,可满足一部分机械设备振动信号拾取,但是Tmote节点采用的单片机频率较低、存储空间有限,节点的采样速率和存储容量很难以满足要求更高的机械振动监测中的应用[10]。
为了实时监控老化铁路桥梁中疲劳裂纹的产生,设计了一种低成本的AEPod无线节点,具有四个AE声发射信道和一个用于感知应变的信道,以无线的方式与基站进行通信。把这些无线节点放置在桥梁关键位置,当有车辆靠近时,应变传感器从睡眠模式中醒来测量车流带来的振动信号,然后AEPod无线节点把数据进行压缩和滤波并发送至监测人员的手机,完成桥梁结构健康监测任务。
国内也有许多应用WSN进行开发和研究的例子。其中在机械领域,同济大学采用中科院宁波所研制的GAINSZ节点,监测越野机器人翻越障碍物时产生的振动,并对获得的振动数据进行分析,实现了了WSN在机械领域的低频振动测试[11]。
目前WSN监测的环境参数大多是温度、湿度、压力等缓变量,已经出现的无线振动传感器网络大多数是针对桥梁、高楼等一些大型的建筑结构进行低频振动监测。但在设计上仍然面临很多挑战[12]:现有节点采样频率有限,而有些振动信号快速变化,若要后期完整的还原波形,需使用很高的采样率和采样精度;高速采集势必会产生大量的测量数据,如何将数据高速、可靠、低延迟地传输到汇聚节点需要进一步深入研究;同时,在可靠传输的过程中,如何保证实现较高的时间同步也是提高WSN性能指标不可忽略的问题之一。
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