基于Internet的网络传感器节点的研制及相关信号处理方法的研究

摘要

现代化工业生产中重大装备的突发性故障有可能引起“链式反应”，导致整个生产系统的瘫痪，造成巨大的经济损失，严重的设备故障还会造成灾难性的事故和人员伤亡，产生不良的社会影响，因此设备工况监视与故障诊断技术的重要性得到了社会的普遍认同。 本课题围绕设备工况远程监测与故障诊断系统这一中心，针对系统前端的用于现场数据采集的传感器节点设计和系统后端的机械故障信号处理技术，进行了深入的分析和研究。 数据采集方面，现代工业装备和工业流程监测系统出于成本、技术实施以及维护等方面的考虑，需要一个能被广泛接受的传感器接口标准以解决传感器之间以及与网络的互联问题。基于此，本课题将以太网技术直接应用于测控现场的传感器，以嵌入式技术的成本优势和面向工业测控的Internet自定制技术为基础，论述了在普通单片机上实现自定制TCP/IP协议栈的具体方法，开发出了完整的利用Internet进行远程监测的低成本网络传感器节点原型，并设计了上位机远程客户端程序进行了通信测试。该技术为构建基于网络传感器的大型远程监测系统提供了技术铺垫。针对故障检测，信号处理是机械故障诊断中的关键技术。其中，如何有效的提取微弱故障信息已成为该领域中急待解决的关键问题之一。本课题结合时域同步平均和连续小波变换，提出了一种检测周期性高频冲击信号的新方法——同步平均连续小波变换阵图。将信号连续小波变换结果视为对应于不同频带的一组时域信号，做同步平均扫描分析，将得到的能量分布以二维灰度图的形式显示，由峰值所处的位置反推出高频冲击所处的频带以及冲击发生的频率。该方法用于微弱故障信号检测取得了良好的效果。