Page 34 - 电力与能源2023年第五期

第 44 卷 第 5 期
电力与能源
456 2023 年 10 月

DOI：10.11973/dlyny202305006
电网技术

远距离无线宽频振动传感器的设计与实现

徐飞杭，何 青
（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京 102206）

摘 要：设备安全性和稳定性在工业、交通和建筑领域至关重要，而设备振动监测为此类领域的故障诊断提供
了关键信息。高频信号采集或远程故障诊断需要无线振动传感器具备较长的通信距离和较宽的频响范围，而
现有的无线振动传感器往往不能满足这些需求。为了解决这一问题，采用 WiFi 通信协议和高带宽 MEMS
加速度传感器，设计并实现了一种远距离宽频无线振动传感器。通过无线通信效果验证和采样信号效果验
证，表明所设计的传感器在不同距离下均可稳定传输数据，并对宽频振动信号具有良好的响应效果。设计的
无线振动传感器可以同时满足设备故障诊断中的远距离监测和宽频振动信号采集的需求，为设备健康监测领
域提供了一种新的解决方案。
关键词：振动传感器；通信距离；宽频带；信号采集
作者简介：徐飞杭（1999—），男，硕士研究生，主要从事能源设备监测诊断技术研究。
中图分类号：TP212.9 文献标志码：A 文章编号：2095-1256（2023）05-0456-06
Design and Implementation of Remote Wireless Broadband Vibration Sensor

XU Feihang，HE Qing
（School of Energy，Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Abstract：Equipment safety and stability are critical in the industrial, transportation and construction sectors, and
equipment vibration monitoring provides critical information for fault diagnosis in these sectors. High frequency
signal acquisition or remote fault diagnosis requires that wireless vibration sensors have a long communication dis⁃
tance and a wide frequency response range, but the existing wireless vibration sensors often cannot meet these re⁃
quirements. Therefore, a broadband wireless vibration sensor is designed and implemented by using WiFi commu⁃
nication protocol and high bandwidth MEMS acceleration sensor. Through the verification of wireless communica⁃
tion effect and sampling signal effect, it is shown that the designed sensor can transmit data stably at different dis⁃
tances, and has a good response to broadband vibration signal. The designed wireless vibration sensor can meet
the needs of remote monitoring and broadband vibration signal acquisition in equipment fault diagnosis at the same
time, which provides a new solution to equipment health monitoring.

Key words：vibration sensor，communication distance，broadband，signal acquisition

在现代工业、交通和建筑领域，设备的安全性 技术的迅速发展，无线振动传感器逐渐成为了设
和稳定性对于确保生产效率和人员安全至关重 备健康监测领域的研究热点。一些学者使用 Zig⁃
要。实时监测设备的运行状况，特别是设备的振 Bee 无线传输技术，结合不同的振动传感器，对无
动状况，对于进行故障诊断和预测潜在故障具有 线振动传感器进行了设计 ［3-4］ 。另一部分类似的
重要价值。因此，振动传感器作为设备健康振动 工作，使用了远距离无线电（LoRa）通信方式 ，或
［5］
监测的关键组件 ，其性能对于保障监测结果的 其他的 2.4 GHz 通信方式 ［6-7］ 。另外，还有一些学
［1］
［8］
准确性和可靠性至关重要。 者讨论了无线振动传感器的设计原则 ，研究了
传统的有线振动传感器在实际应用中存在诸 其中的自供电技术 ［9-10］ 。然而，以上设计和研究内
多限制，例如安装复杂、维护成本高以及容易受到 容大多基于低速率的无线通信方式或较低带宽的
［2］
线缆长度和信号衰减的限制等 。随着无线通信 振动传感器，这些振动传感器在实际应用中仍存