Вибрация (лат. Vibratio — колебание, дрожание) — это физический фактор, действие которого определяется передачей телу механической энергии от источника колебаний. Основными характеристиками вибрации являются амплитуда виброперемещения, амплитуда колебательной скорости (виброскорости), амплитуда колебательного ускорения (виброускорения) и частота колебаний.
Причиной возбуждения вибраций в системе, может быть неоднородность массы, неуравновешенность системы или внешние факторы. В одних случаях источниками являются возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки), а в других случаях - неуравновешенные вращающиеся массы. Иногда вибрация создается ударами деталей (зубчатки зацепления, подшипниковые узлы и т.п.). Величина дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию.
Актуальность проблемы анализа вибраций определяется острой необходимостью оперативной оценки состояния исследуемого объекта. Учет связи параметров вибрации оборудования с его техническим состоянием позволяет оперативно локализовать узел (область), вышедший из строя.
При вибрационном анализе сложных систем с целью идентификации вида дефекта, степени его развития, а тем более прогнозирования технического состояния, требуется большое количество вибрационных датчиков. Конструктивные отличия датчиков связаны с физикой процесса функционально зависящей от механических колебаний [1].
Следовательно, интерес в анализе вибраций актуальна по сей день, а грамотная разработка аппаратной части беспроводного вибросенсора с низким энергопотреблением и весьма малыми габаритами является весьма трудоемкой и сложной работой, которую мы проделаем в данной работе.
Цель данной работы: Разработать аппаратную часть распределенной системы сбора вибрационных данных на основе акселерометров.
В связи с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
• Провести обзор МЭМС акселерометров и микроконтроллеров с возможностью беспроводной связи, выбрать пару с суммарным энергопотреблением менее 10 мА.
• Разработать конструкцию устройства на нескольких платах в форме диска, диаметр которых не более 24 мм.
• Разработать алгоритм программного обеспечения низкого уровня.
• Проверить работоспособность устройства
В ходе работы был разработан опытный образец миниатюрного автономного вибросенсора и решены следующие задачи:
• Проведён анализ решений в области измерения вибраций и выбрано решение, состоящее из акселерометра LIS2DH12TR и микроконтроллера CC2650 в корпусе QFN32 4x4, благодаря низкому энергопотреблению и возможности передачи данных по стандарту ZigBee. Суммарное потребление в режиме измерения составило 7 мА.
• Конструкция вибросенсора выполнена на трех платах, имеющих форму диска диаметром 20 мм.
• Разработан алгоритм программного обеспечения низкого уровня, при использовании которого время работы вибросенсора может составить от суток до двух лет в зависимости от частоты опроса.
• Вибросенсоры изготовлены и протестированы.
