哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
数字化和智能化是传统机械零部件发展的方向之一，作为核心基础零部件
的轴承，尤其是在状态监测、故障诊断等方面也在向着智能化的方向发展。近
年来，智能轴承的概念和研究不断深入，智能轴承可以依据自身监测得到的海
量数据对服役状态进行监测、诊断与调控，从而提高轴承的可靠性和寿命。本
文将自供电系统与滚动轴承运行参数监测结合，研制了一种可将感知系统集成
在轴承旋转套圈上的自供电感知系统，可监测轴承服役过程中的内圈转速、保
持架转速、内圈振动和内圈温度参数，同时数据可以通过无线射频发送到PC上
位机中，通过轴承试验成功地验证了本文研制的自供电感知系统的各项功能，
试验结果表明自供电感知系统的监测结果准确。
首先，本文以滚子轴承NU208为对象，通过分析滚子轴承NU208的结构
参数、安装位置、服役行为、状态监测信号等，设计了自供电感知系统封装结
构和供电方式，选择内圈转速、保持架转速、内圈振动和内圈温度进行监测，
利用COMSOLMultiphysics进行电磁场仿真，验证了电磁感应供电的可行性，
并阐述了信号采集方案与参数处理及传输方案，完成了自供电感知系统的总体
设计。
其次，基于嵌入式硬件电路相关理论，设计了自供电感知系统的硬件电路。
通过硬件的选型、硬件电路的设计和PCB的设计，设计了电源电路、主控制器
电路、参数监测电路以及无线数据传输电路。在硬件上实现了高频交流电转化
为直流电、监测轴承服役时的四种参数的电路、数据无线传输的无线模块电路。
再次，基于本文所设计的硬件电路，完成了软件系统的开发。基于嵌入式
软件设计方式，在修改的FreeRTOS架构中，对自供电感知系统的功能模块开
发了包含参数监测的底层驱动与上层任务的代码程序。在上层任务中实现了参
数的处理与数据的传输，并且开发了无线数据接收模块程序与上位机软件界面
程序，实现了将轴承服役状态参数实时地显示在上位机软件界面中的功能。
最后，将自供电感知系统集成在封装结构中，并在小型轴承试验台上进行
试验，四种参数可实时地显示在上位机软件界面中，数据精度及输出频率符合
预期要求，实现了一种“无源无线”的自供电状态监测方式，为未来智能轴承
的研究打下了基础。
关键词：智能轴承；自供电；感知系统；无线传输
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Digitizationandintelligenceareoneofthedevelopmentdirectionsoftraditional
mechanicalparts.Bearings,asthecorebasicparts,arealsodevelopinginthe
directionofintelligence,especiallyintermsofconditionmonitoringandfault
diagnosis.Inrecentyears,theconceptandresearchofsmartbearingshavebeen
deepened.Smartbearingscanmonitor,diagnoseandregulatetheservicestatusbased
onthemassivedataobtainedfromself-monitoring,therebyimprovingthereliability
andlifeofbearings.Inthispaper,theself-poweredsystemiscombinedwiththe
monitoringofrollingbearingoperatingparameters,andaself-powered