Development of rf-powered wireless temperature sensor for bearing health monitoring

Abstract

A battery-less wireless sensing technology to monitor the cage temperature in bearings was developed. Non-contact measurements are necessary because the bearing cage performs a sliding motion with respect to inner and outer races, and its rotation excludes direct wiring and the use of slip rings. Four wireless sensing circuit prototypes were implemented. Three circuits are based on a Colpitts oscillator, a Voltage Controlled Oscillator (VCO) and a Meissner oscillator, respectively, and a fourth sensor is based on Radio Frequency Identification (RFID) principles. Radio-frequency (RF) signals are used to supply the energy to the sensor electronics, so no direct contacts to the sensor circuits are required. Experimental results on a bearing while it is operating are presented. The techniques developed provide a feasible solution for the measurement of the bearing cage temperature, which can be adapted to monitor the condition of other mechanical components for which wired circuits are difficult to use.

Tecnología de medición inalámbrica sin baterías para monitorear temperatura dentro de rodamientos fue desarrollada en esta tesis. Medidas sin contacto directo con el transductor son necesarias debido a que el complejo movimiento de las partes del rodamiento impide el uso de instrumentación clásica. Se desarrollaron cuatro prototipos experimentales; tres emplean modulación en frecuencia para enviar la información de temperatura usando un oscilador Colpitts, un oscilador controlado por voltaje y un oscilador Meissner, respectivamente. El cuarto emplea el principio de modulación de impedancia. La energía entregada al circuito sensor para su operación fue enviada usando señales de radio frecuencia, así, la potencia y la información son transmitidas en forma inalámbrica sin necesidad de baterías o cableado directo. Resultados experimentales bajo condiciones normales de operación del rodamiento son mostrados. Las técnicas desarrolladas proveen una solución factible para la medición de temperatura en rodamientos y pueden ser adaptadas para monitorear la condición de otros componentes mecánicos.