利用压电悬臂梁同时进行能量收集与轴承故障检测
计算工程、金融与科学
2025-03-11 v1
摘要
轴承是工业机械中的关键部件，然而其故障脆弱性常导致代价高昂的故障停机。传统故障检测方法依赖于连续的高频振动传感、数字化以及向云端无线传输——这种方法会显著消耗电池供电传感器有限的能量储备，加速其耗尽并增加维护成本。本工作提出了一种根本不同的方法：我们不使用瞬时振动数据，而是采用调谐至特定频率的压电能量收集器（PEHs），并利用随时间累积的收集能量作为关键诊断特征。通过直接利用机械振动产生的能量，我们消除了频繁的模数转换和数据传输的需求，从而降低了传感器节点的能耗并延长了其运行寿命。为了验证该方法，我们使用了数值 PEH 模型和公开可用的加速度数据集，考察了具有不同固有频率的各种 PEH 设计。我们还考虑了分类算法、设备数量和观测窗口持续时间的影响。结果表明，在一系列条件和严重程度下，收集的能量能可靠地指示轴承故障。通过将振动能量转化为电源和诊断特征，我们的解决方案为智能机械中的故障检测提供了一种更具可持续性、低维护的策略。
引用
@article{arxiv.2503.07462,
title = {Simultaneous Energy Harvesting and Bearing Fault Detection using Piezoelectric Cantilevers},
author = {P. Peralta-Braz and M. M. Alamdari and C. T. Chou and M. Hassan and E. Atroshchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.07462},
year = {2025}
}