- 文献综述（或调研报告）：
（1）电机维护发展现状
感应电动机由于其简单的结构和可靠性，如今已经广泛应用于工业、商业、航空航天和军事应用[1]。感应电机是每个工业过程中的关键因素，它们的坚固性、低成本、易于维护和多功能使其在从家用电器到复杂的工业设备的许多应用中广受欢迎[1]。作为最常见的机械设备之一，电动机这种旋转设备中，轴承与轴无处不在。它不仅在化工厂、制造设施、国防设施以及几乎所有旋转机械的工业设备中存在，而且在核电设施中也处处可见。在美国奥巴马政府强调的可再生自然能源中，电机等旋转设备非常丰富，例如风力发电设备[2]。
电动机和发电机在机械能和电能的转换中骑着非常重要的作用，但是，电动机的定子、转子、轴承等部件都处于高速旋转的运作当中，它们是电动机中最关键和最易损坏的组件之一，因此，必须对电动机的运行状态进行监视和故障诊断，以防止计划外的停机并且降低维护成本[3]。在工业上，最受欢迎的感应电动机是鼠笼式电动机，它们可以在某些故障条件下保持工作，而不会给出任何故障迹象，直到为时已晚的生产成本过度上涨或者机器遭受不可逆转的停机为止。因此，当感应电动机开始出现早期故障时，重要的是及早发现故障，因为在此时更加易于维修，并且在成本和维护时间上都可以使行业受益[1]。从历史上看，预防措施维护策略具有可观的机器剩余使用寿命延长和节省额外的隐藏成本。因此，人们积极地对可靠性风险进行预测，其中就包括无线传感器网络分析。
（2）传感器信号采集技术发展现状
在过去的几年中，健康监测设备的数量和种类大大增加，包括简单的脉冲检测器，便携式霍尔监测器以及复杂且昂贵的植入式传感器[4]。而面对工业化生产中的电机，由于电机内部的工作零件大部分处于高速旋转的工作中，因此需要监视系统具有较高的采样频率和较高的检测精度，并且还要适应恶劣的工作环境，这使得监视电机工作状况变得困难。
传统概念的传感器诊断方法就是，传感器首先将振动、声音、电动机电流和温度信号转换为电信号。然后，数据采集系统采集并量化这些模拟信号并获得数字信号。服务器通过电缆从分布式数据采集系统收集数据，最后通过使用特定算法来分析这些数据，然后用户就可以制定相应的电机维护决策[3]。在2008-2009年，橡树岭国家实验室（ORNL）测试了基于预测性的维护技术的潜力，以降低维护成本，最大程度上降低灾难性故障的风险，并且最大程度地提高系统可用性，从而将无线设备的传感器连接到高通量同位素核反应堆上的选定的设备。因为核电站中电机、轴、轴承无处不在，所以旋转设备是集成在线预测性维护策略可行性的理想“测试案例”，最后该维护方法在旋转设备上实现了故障诊断的五个目标。该项目表明，无线传感器提供了一种有效的方法，可以连续和远程地监视关键工艺条件，从而提高了核反应堆的安全性、可靠性和效率[2]。
许多研究表明，振动分析对于评估旋转设备的状况很有用。机械振动可分为平移运动（物体沿线性路径的位移）或旋转运动（绕固定轴的角位移）。平移和扭转振动都是由外力（例如损坏的齿轮对另一个齿轮的冲击）或机械结构所固有的固有振动频率（也称为共振）引起的，可以通过了解机械振动的原因来评估机械系统在各种运行条件下的状态[2]。因此，通过振动信号在特定频率下的振幅变化可以确定系统或系统内组件的状态发生了变化。
在工业控制系统中，温度是最主要的被控参数之一。在文献[5]中，作者设计出了基于SoC ARM 的温度控制器，由于在设计时增加了通信功能，因此本温度控制器具有比传统温度控制器更强大的功能，不仅可以用于工业现场对温度进行控制，还能通过CAN 总线的传输能力在几个站点之间进行数据传输和数据交换。该系统中，由热电偶对温度进行采样，其输出热电势经放大器使输出为0~2.4V 的电压信号，送入12 位的A/D 转换器将其转换为数字信号后，送给单片机，由单片机进行滤波、线性化、标度转化后再送至显示部分[6]。
对中小型电机在线监测应用而言, 除检测精度外,方法侵入度也是必须考虑的重要指标。所谓侵入度是指检测方法对电机系统及其运行状态的影响程度, 如是否要安装某种传感器、传感器安装的位置及方式、检测数据的类型及其获取方式等。限于工业现场条件, 中小型电机在线监测系统需要采用低成本、非侵入式的检测方法。对于转速测量而言，非侵入式转速测量方法为设备的安装简便提供了很大帮助。
单片机的转速指的是它在正常运转过程中在单位时间内所转的圈数多少，并且它所转的圈数的多少以及圈数的大小都会影响它的正常运转。因此，单片机的转速进行测量是我国当前工业发展的一个重要的研究领域[7]。传统的转速测量方法是使用接触式测量，随着科学技术的发展和产业升级的需求，各种产品的类别越来越复杂，接触式测量很难对新的产品进行测量。尤其在生产企业中要严格控制成本，传统的测量方法误差大，很难控制成本[8]。此外这种安装传感器的传统接触式测速方法不但增加成本，还会降低电机的机械强度和可靠性，同时也给系统维护带来了不便；不仅如此，由于传感器受外界环境的影响较大，在高湿、高温、强电磁干扰等恶劣环境中传感器的性能会下降，甚至无法正常工作，直接影响到电机转速的测量精度[9]。在文献[10]中，作者提出了基于霍尔传感器的转速测量电路，通过在直流电机的转子上安装金属齿轮，在电机的带动下模拟被测物体的转动，使得霍尔传感器两端产生感应电动势，信号调理电路将其转换成数字脉冲信号，单片机通过统计脉冲个数从而实现转速的测量。作者通过主控制模块电路结构，将单片机、液晶显示器接口电路、操作面板电路、信号调理电路、直流电机驱动电路组合在一起，并针对传感器信号设计调理电路，设计完成了霍尔测速设备。但该设备需要对电机转子进行安装金属，操作复杂，不具有非侵入性。因此本课题计划在电动机外部对电动机磁场进行测量，以实现对电动机转速信号的采集。
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