一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器；模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器依次連接；所述的模擬信號(hào)采集模塊包括電渦流傳感器和振動(dòng)傳感器；模擬量輸入調(diào)理電路包括作為前級電路的放大電路和作為后級電路的濾波電路；所述的濾波電路采用3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的濾波器串聯(lián)而成。在水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集方面，該裝置檢測精度高、易于實(shí)施、數(shù)據(jù)濾波效果好。
【專利說明】一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前各水電廠已經(jīng)全面推廣安裝了機(jī)組振動(dòng)擺度在線監(jiān)測裝置，受水電廠實(shí)行的 "三年一小修、五年一大修"計(jì)劃檢修制度限制，機(jī)組振動(dòng)擺度在線監(jiān)測系統(tǒng)所用的傳感器 難以實(shí)現(xiàn)每年一次的定期檢驗(yàn)要求，而安裝于現(xiàn)場的傳感器長期運(yùn)行中受陰濕環(huán)境、水壓 脈動(dòng)、機(jī)組振動(dòng)區(qū)等因素的影響，測量信號(hào)失真、測量數(shù)值不準(zhǔn)確等問題時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致在 線監(jiān)測系統(tǒng)難以獲取機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的真實(shí)情況，電廠運(yùn)行人員難以把握機(jī)組的振動(dòng)擺 度實(shí)際情形，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行決策。
[0003] 各電廠急需一款適合水電廠特點(diǎn)的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)校驗(yàn)裝置。
[0004] 因此，有必要設(shè)計(jì)一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集 裝置，該用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置檢測精度高、易于實(shí)施、數(shù)據(jù)濾波效果好。
[0006] 實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：
[0007] 一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸 入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器；模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器依次連 接；
[0008] 所述的模擬信號(hào)采集模塊包括電渦流傳感器和振動(dòng)傳感器；
[0009] 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機(jī)組擺度信號(hào)，包括水電機(jī)組上導(dǎo)軸承X/Y向 水平擺度信號(hào)、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號(hào)和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號(hào)；
[0010] 振動(dòng)傳感器用于獲取水電機(jī)組振動(dòng)信號(hào)，包括水電機(jī)組上機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信 號(hào)、上機(jī)架垂直向振動(dòng)信號(hào)、下機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋Z 向垂直振動(dòng)信號(hào)；
[0011] 模擬量輸入調(diào)理電路包括作為前級電路的放大電路和作為后級電路的濾波電 路；
[0012] 所述的濾波電路采用3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個(gè)濾波器 的結(jié)構(gòu)如下：
[0013] 包括運(yùn)算放大器（UAlA)、第一電阻（Rl)、第二電阻（R2)、第一電容（Cl)和第二電 容（C2);濾波器的輸入端經(jīng)依次串接的第一電阻（Rl)和第二電阻（R2)接運(yùn)算放大器的同 向輸入端，運(yùn)算放大器的同向輸入端還經(jīng)過第二電容接地；第一電容（Cl) 一端接第一電阻 和第二電阻的連接點(diǎn)，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運(yùn)算放大器的輸出端； 運(yùn)算放大器的反向輸入端與運(yùn)算放大器的輸出端之間短接，構(gòu)成電壓跟隨器。
[0014] 所述的A/D轉(zhuǎn)換器采用具有多個(gè)轉(zhuǎn)換通道的AD7606型A/D轉(zhuǎn)換器件，模擬量輸入 調(diào)理電路具有4路模擬信號(hào)接口，任意選擇模擬信號(hào)采集模塊采集的4路信號(hào)與該4路模 擬信號(hào)接口對應(yīng)連接。
[0015] 所述的放大電路為基于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為0. 5的放大電路。
[0016] 有益效果：
[0017] 本實(shí)用新型的用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其中的模擬量輸入調(diào)理電 路對模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，調(diào)整輸入信號(hào)幅值適應(yīng)模擬信號(hào)采集模塊ADC的需 求。本實(shí)用新型的濾波電路截止頻率可調(diào)節(jié)，三級串聯(lián)具有更高的信號(hào)幅值衰減速率，能夠 有效濾除高頻信號(hào)，防止水電廠高頻噪聲導(dǎo)致頻率混疊現(xiàn)象發(fā)生。本實(shí)用新型，采用具有多 個(gè)轉(zhuǎn)換通道的A/D轉(zhuǎn)換器，集成度高，采用運(yùn)放構(gòu)造濾波器和放大器，結(jié)構(gòu)緊湊，濾波效果 好，易于實(shí)施。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖2為信號(hào)放大電路；
[0020] 圖3為低頻濾波電路；

【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0022] 實(shí)施例1 :
[0023] 如圖1-3, 一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號(hào)采集模塊、 模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器；模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器 依次連接；
[0024] 所述的模擬信號(hào)采集模塊包括電渦流傳感器和振動(dòng)傳感器；
[0025] 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機(jī)組擺度信號(hào)，包括水電機(jī)組上導(dǎo)軸承
[0026]X/Y向水平擺度信號(hào)、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號(hào)和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信 號(hào)；
[0027] 振動(dòng)傳感器用于獲取水電機(jī)組振動(dòng)信號(hào)，包括水電機(jī)組上機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信 號(hào)、上機(jī)架垂直向振動(dòng)信號(hào)、下機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋Z 向垂直振動(dòng)信號(hào)；
[0028] 模擬量輸入調(diào)理電路包括作為前級電路的放大電路和作為后級電路的濾波電 路；
[0029] 所述的濾波電路采用3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個(gè)濾波器 的結(jié)構(gòu)如下：
[0030] 包括運(yùn)算放大器（UAlA)、第一電阻（Rl)、第二電阻（R2)、第一電容（Cl)和第二電 容（C2);濾波器的輸入端經(jīng)依次串接的第一電阻（Rl)和第二電阻（R2)接運(yùn)算放大器的同 向輸入端，運(yùn)算放大器的同向輸入端還經(jīng)過第二電容接地；第一電容（Cl) 一端接第一電 阻和第二電阻的連接點(diǎn)，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運(yùn)算放大器的輸出 端；運(yùn)算放大器的反向輸入端與運(yùn)算放大器的輸出端之間短接，構(gòu)成電壓跟隨器。
[0031] 所述的A/D轉(zhuǎn)換器采用具有多個(gè)轉(zhuǎn)換通道的AD7606型A/D轉(zhuǎn)換器件，模擬量輸入 調(diào)理電路具有4路模擬信號(hào)接口，任意選擇模擬信號(hào)采集模塊采集的4路信號(hào)與該4路模 擬信號(hào)接口對應(yīng)連接。
[0032] 所述的放大電路為基于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為0. 5的放大電路。
[0033] 數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi) 部的一個(gè)接口。本實(shí)用新型的采集裝置是電渦流傳感器、振動(dòng)傳感器。利用傳感器，將現(xiàn)場 被測對象的機(jī)械量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，通過電纜傳輸給本實(shí)用新型所述的一種用于水電 機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，再經(jīng)過特定的4芯接口送到數(shù)據(jù)處理模塊。模擬信號(hào)采集 模塊如圖3所示。【AD7606是16位、8通道同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS)。這些器件 內(nèi)置模擬輸入箝位保護(hù)、二階抗混疊濾波器、跟蹤保持放大器、16位電荷再分配逐次逼近型 ADC、靈活的數(shù)字濾波器、2. 5V基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓緩沖以及高速串行和并行接口?！克?AD7606實(shí)現(xiàn)圖1所示4路模擬信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集，所述4路模擬信號(hào)來自水電機(jī)組 上機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)測點(diǎn)、上機(jī)架垂直向振動(dòng)測點(diǎn)、頂蓋X/Y向水平振動(dòng)測點(diǎn)、頂蓋Z向 垂直振動(dòng)測點(diǎn)、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度測點(diǎn)、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度測點(diǎn)振的任意4路 信號(hào)。所述水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承為水輪發(fā)電機(jī)大軸的徑向約束部件。
[0034] 所述模擬信號(hào)調(diào)理模塊的主要功能是對傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。 傳感器采集將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)經(jīng)過調(diào)理模塊放大后輸出給信號(hào)濾 波模塊，濾波模塊通過濾除模擬電信號(hào)噪聲信號(hào)輸出給信號(hào)采集模塊。模擬信號(hào)放大電路 如圖2所示，濾波電路如圖3所示。
[0035] 本實(shí)用新型所述的模擬信號(hào)調(diào)理模塊采用雙通道運(yùn)算放大器的1個(gè)通道進(jìn)行運(yùn) 放；信號(hào)采集設(shè)備采用± 12V供電，靈敏度SmV/μm的電渦流傳感器和低頻振動(dòng)傳感器信 號(hào)，最大信號(hào)輸出電壓為8V，需將其放大至5V之間的模擬信號(hào)，故需對輸入信號(hào)進(jìn)行1/2倍 放大。所述電渦流傳感器主要獲取水電機(jī)組擺度信號(hào)，包括水電機(jī)組上導(dǎo)水平向X/Y擺度 信號(hào)、下導(dǎo)水平向X/Y擺度信號(hào)；所述振動(dòng)傳感器主要獲取水電機(jī)組振動(dòng)信號(hào)，主要包括水 電機(jī)組上機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、上機(jī)架垂直向振動(dòng)信號(hào)、頂蓋X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂 蓋Z向垂直振動(dòng)信號(hào)。
[0036] 本實(shí)用新型所述的模擬信號(hào)調(diào)理模塊需要對采集的信號(hào)進(jìn)行低通有源濾波，濾波 截止頻率設(shè)為200Hz，每一通道采用3個(gè)雙輸入運(yùn)算放大器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)6階抗混濾波。串聯(lián)的 3個(gè)運(yùn)放中任一個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)2階抗混疊濾波，詳細(xì)電路見圖3。電阻R2前端輸入電壓 由兩個(gè)支路提供，其中一路為電路輸出Vo經(jīng)過反饋電容Cl提供，另一路為VIN經(jīng)過Rl提 供，兩支路電源在R2前疊加，經(jīng)過R2、C2構(gòu)成的RC濾波電路輸入給運(yùn)算放大器的同相輸入 端，而運(yùn)算放大器反相端為電壓跟隨器形式，正向輸入電壓與輸出Vo大小相等、方向相同； 根據(jù)疊加原理及RC濾波電路傳遞函數(shù)可以得到圖3所述電路的傳遞函數(shù)：
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括模擬信號(hào)采集模塊、 模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器；模擬信號(hào)采集模塊、模擬量輸入調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器 依次連接； 所述的模擬信號(hào)采集模塊包括電渦流傳感器和振動(dòng)傳感器； 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機(jī)組擺度信號(hào)，包括水電機(jī)組上導(dǎo)軸承X/Y向水平 擺度信號(hào)、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號(hào)和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號(hào)； 振動(dòng)傳感器用于獲取水電機(jī)組振動(dòng)信號(hào)，包括水電機(jī)組上機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、 上機(jī)架垂直向振動(dòng)信號(hào)、下機(jī)架X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋X/Y向水平振動(dòng)信號(hào)、頂蓋Z向 垂直振動(dòng)信號(hào)； 模擬量輸入調(diào)理電路包括作為前級電路的放大電路和作為后級電路的濾波電路； 所述的濾波電路采用3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個(gè)濾波器的結(jié) 構(gòu)如下： 包括運(yùn)算放大器（UA1A)、第一電阻（R1)、第二電阻（R2)、第一電容（C1)和第二電容 (C2);濾波器的輸入端經(jīng)依次串接的第一電阻（R1)和第二電阻（R2)接運(yùn)算放大器的同向 輸入端，運(yùn)算放大器的同向輸入端還經(jīng)過第二電容接地；第一電容（C1) 一端接第一電阻和 第二電阻的連接點(diǎn)，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運(yùn)算放大器的輸出端； 運(yùn)算放大器的反向輸入端與運(yùn)算放大器的輸出端之間短接，構(gòu)成電壓跟隨器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述 的A/D轉(zhuǎn)換器采用具有多個(gè)轉(zhuǎn)換通道的AD7606型A/D轉(zhuǎn)換器件，模擬量輸入調(diào)理電路具有 4路模擬信號(hào)接口，任意選擇模擬信號(hào)采集模塊采集的4路信號(hào)與該4路模擬信號(hào)接口對應(yīng) 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水電機(jī)組的振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述 的放大電路為基于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為〇. 5的放大電路。
【文檔編號(hào)】G01B7/30GK204255286SQ201420564729
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】寇攀高, 何里, 吳長利 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院