托辊是带式输送机中数量最多的独立部件,也是故障率和更换率最高的部件。为避免因托辊故障引发的重大事故及人身伤亡,需要对托辊的健康状态进行实时监测。然而,目前已有的智能化托辊监测方式普遍针对故障识别与诊断,缺少适用于托辊实时健康监测的监测方法。为此,本文提出了基于自供能无线传感器网络技术的托辊监测系统并开展了相关研究,主要研究内容包括:1)带式输送机托辊监测系统方案设计。依据带式输送机的工作特征与托辊的失效特性,结合自供能无线传感器网络技术,设计了托辊监测系统的总体方案。对多种无线通讯方式进行了比较与分析,选择了Zigbee技术作为托辊监测系统的通信方案。依据托辊监测需求,制定了托辊监测节点的结构方案,并在深度融合常规托辊结构的基础上,使用较低的成本对托辊监测节点的结构进行了设计。2)托辊监测节点能量收集器的设计与优化。为了实现节点自主供能,分析了托辊监测节点的硬件功耗需求,并根据托辊的结构特点和工作特性,设计了基于Halbach永磁体阵列的能量收集器。结合电磁学理论和有限元仿真,分析了影响能量收集器功率的关键参数以及其影响机理,并优化了能量收集器结构。优化后的能量收集器最大理论功率可达189.94m W。3)托辊监测系统的软硬件设计。为了解决能量收集器与节点功耗之间的适配性问题,设计了适合托辊监测节点的能量管理电路,并在多种工况下进行了电路仿真分析,验证了能量管理电路的有效性。依据托辊监测系统制定的方案,对节点所需的硬件进行了选型,并开发了监测节点硬件系统。针对网络结构、传感器配置、节点工作流程和节点消息数据帧结构,开发了基于Zigbee协议栈的监测系统软件,设计了托辊监测系统上位机。4)托辊监测系统性能测试与分析。为了验证托辊监测系统的有效性,对系统各部分进行功能性测试。为测试能量收集器性能,设计并搭建了能量收集器功率测试试验台,测试结果表明,能量收集器的实际最大功率为171.33m W,满足节点功耗需求。对节点的硬件性能进行了测试与分析,主要包括不同工作状态下的功耗测试、能量管理电路性能测试、剩余工作时间测试以及多节点的网络通讯性能测试。在带式输送系统试验台上进行了托辊监测系统整体功能性实验和数据采集实验,验证了系统的有效性。测试结果表明,托辊监测系统可以长期、稳定、准确地完成托辊的监测任务。该论文有图65幅,表12个,参考文献72篇。