Page 38 - 电力与能源2023年第五期
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460 徐飞杭，等：远距离无线宽频振动传感器的设计与实现
采集命令时，停止运行在第 2 个核心上的采集任 对于实时传输的单轴振动信号，ADC 采样深
务。当收到修改采样率命令时，修改采样率和收 度 16 位，采样频率为 20 kHz，按照 1.2 倍冗余量计
报数配置。 算，可以得知需求传输速率为 48 kbit·s ，该需求
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在采集任务中，主控按照固定采样率间隔通 传输速率对应试验结果的平均值，在表 5 中的测
过 SPI 通 信 控 制 ADS8866 模 数 转 换 芯 片 采 集 试条件下均可以很好地满足要求。实际使用中，
ADXL1002 加速度传感器的加速度电压信号输 在信号质量不佳的情况下，建议使用先采样后传
出，每个采样 16 位，当达到指定收包数时，一次性 输的单次采样方式，ESP32S3 自带的 PSRAM 可
将本地已存储的振动数据发送至上位机。指定收 以存储长达分钟级的振动信号，满足大部分故障
包数可根据 Wifi 通信速率和主控存储空间动态 诊断应用场景。
调整。 4.2 振动信号采集测试
振动信号数据的连续性对于故障诊断十分重 对设计的无线振动传感器进行了采样信号效
要，在该无线振动传感器中设计了相应的措施来 果验证。将无线振动传感器置于振动台上，测试
保证数据的连续性。采集过程中每 200 个采样点 了采样率 20 kHz 下对于 5 kHz 振动信号的采样效
会被分到 1 个数据包中存储，并被打上本地时间 果，以及采样率 2 kHz 下对于 100 Hz 振动信号的
戳，利用 ESP32S3 模组的大容量 PSRAM，本地至 采样效果，并对原始信号进行了傅里叶变换，结果
多可以一次性存储 20 kHz 采样率下 60 s 的振动 分别见图 5 和图 6。由图 5 和图 6 可以看出，测得
数据。 的振动信号波形具有很高的精度。
基于传感器数据包存储的特性，设计了两种
采样模式。
（1）实时采样，即长时间采样，该采样模式下
数据会被实时发送到上位机，当上位机发现数据
包时间戳不连续时，可以及时向传感器请求丢失
的数据包。
（2）单次采样，即短时间采样，该采样模式下
数据包可以全部存储在传感器当中，采样完成后
一次性发送到上位机。
4 试验验证
4.1 无线通信测试
对设计的无线振动传感器进行了无线通信效
果验证，测试了不同距离和有墙体遮挡物情况下
的 传 输 速 度 ，每 种 情 况 测 试 10 次 ，测 试 结 果
见表 5。
表 5 无线通信测试结果
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传输速率/（kbit·s ）
测试条件 图 5 振动频率 100 Hz 采样频率 2 kHz 的测试结果
最小值 最大值 平均值
距离 10 m 425 550 492
5 结语
距离 30 m 359 616 500
距离 50 m 236 413 331
针对现有无线振动传感器在实际应用中的一
距离 100 m 66 120 85
距离 10 m，墙体隔断 112 251 198 些限制，例如采样率低和通信距离短等问题，提出
