本發(fā)明涉及振動監(jiān)測領域，特別是涉及一種可以用于風電機組機艙振動監(jiān)測的智能輸出式振動監(jiān)測裝置和包括該裝置的系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術：

機艙振動傳感器是風力電機組的重要安全監(jiān)測設備。機組在運行過程中出現(xiàn)極端陣風，共振等工況時，風力發(fā)電機組的振動會變大，此時機艙振動傳感器會觸發(fā)報警值使風力發(fā)電機組停機保護。

目前機艙振動傳感器主要使用兩種類型的傳感器。第一種：壓電式加速度傳感器。第二種：電容式型加速度傳感器。兩種傳感器都能滿足機組的常規(guī)監(jiān)測，但是從目前使用情況來看，傳感器普遍存在以下問題：傳感器采用雙向傳感器監(jiān)測機組前后(y方向)左右(x方向)的振動值，每個方向僅使用一個傳感器，傳感器誤報警率較高，傳感器故障和機組故障不能有效區(qū)分識別，統(tǒng)一報警為”機艙振動傳感器報警”此時維護人員無法判斷是傳感器故障還是機組振動報警故障，影響維修效率。

因此，提供一種能夠降低誤報警率的振動監(jiān)測裝置是非常必要的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種智能輸出式振動監(jiān)測裝置，通過在x方向和y方向上分別使用兩個同時監(jiān)測互為冗余的加速傳感器進行監(jiān)測，可以有效降低誤報警率，而且更加可靠。

本發(fā)明還提供一種包括上述智能輸出式振動裝置的監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明再提供一種智能輸出式振動監(jiān)測方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供一種智能輸出式振動監(jiān)測裝置，包括x向振動采集單元、y向振動采集單元，和與所述x向振動采集單元、y向振動采集單元連接的監(jiān)測報警單元，

所述x向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器x1和加速度傳感器x2，以及與所述加速度傳感器x1和加速度傳感器x2連接的信號采集模塊x；

所述y向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器y1和加速度傳感器y2，以及與所述加速度傳感器y1和加速度傳感器y2連接的信號采集模塊y；

所述監(jiān)測報警單元與所述信號采集模塊x和信號采集模塊y連接，用于接收所述信號采集模塊x和信號采集模塊y發(fā)送的采集數(shù)據，并根據所述采集數(shù)據發(fā)出不同類型的故障報警。

進一步地，所述加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1、加速度傳感器y2均為電容式加速傳感器或壓電式加速傳感器。

進一步地，所述監(jiān)測報警單元包括數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊，

所述數(shù)據分析模塊，用于分析所述加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1和加速度傳感器y2采集的數(shù)據，并將分析結果傳送至所述判斷模塊；

所述判斷模塊，用于將接收到的分析結果與預設值進行邏輯比較，判斷故障類型，并將判斷結果傳送至所述報警輸出模塊；

所述報警輸出模塊，用于根據接收到的判斷結果執(zhí)行報警結果。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測報警單元還包括存儲模塊，所述存儲模塊分別與所述數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊連接，用于在所述報警輸出模塊被觸發(fā)報警的同時存儲故障前后的振動數(shù)據。

另一方面，提供一種包括所述的智能輸出式振動監(jiān)測裝置的風電機組機艙振動監(jiān)測系統(tǒng)，所述x向振動采集單元用于監(jiān)測所述機艙相對于機艙徑向水平方向的振動，所述y向振動采集單元用于監(jiān)測所述機艙相對于機艙軸向方向的振動，且所述監(jiān)測報警單元與所述風電機組的數(shù)據服務器相連。

再一方面，提供一種智能輸出式振動監(jiān)測方法，包括如下步驟：

s1：使用x向振動采集單元和y向振動采集單元分別采集所述待監(jiān)測設備在x方向和y方向的振動信號；

其中，所述x向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器x1和加速度傳感器x2，以及與所述加速度傳感器x1和加速度傳感器x2連接的信號采集模塊x，所述信號采集模塊x同時采集由所述加速度傳感器x1和加速度傳感器x2實時監(jiān)測的x方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據x1、x2；

所述y向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器y1和加速度傳感器y2，以及與所述加速度傳感器y1和加速度傳感器y2連接的信號采集模塊y，所述信號采集模塊y同時采集由所述加速度傳感器y1和加速度傳感器y2實時監(jiān)測的y方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據y1、y2；

s2：所述信號采集模塊x和信號采集模塊y將采集到的實時數(shù)據傳輸至監(jiān)測報警單元，所述監(jiān)測報警單元對接收到的數(shù)據進行分析、判斷，發(fā)出不同類型的故障報警。

進一步地，所述s2步驟中，所述監(jiān)測報警單元包括數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊，其中所述監(jiān)測報警單元對接收到的數(shù)據進行分析、判斷的具體步驟包括：

t1：所述數(shù)據分析模塊首先對振動信號數(shù)據x1與x2之間、y1與y2之間進行誤差分析；并將分析結果傳送至所述判斷模塊，所述判斷模塊將分析結果與預設誤差值進行邏輯比較：

若x1與x2之間的誤差大于預設誤差值，則表明加速度傳感器x1和/或加速度傳感器x2出現(xiàn)故障，所述判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號x；

若y1與y2之間的誤差大于預設誤差值，則表明加速度傳感器y1和/或加速度傳感器y2出現(xiàn)故障，所述判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號y；

若x1與x2之間、y1與y2之間的誤差均小于預設誤差值，則表明加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1和加速度傳感器y2均工作正常，進入步驟t2；

t2：繼續(xù)利用振動信號數(shù)據x1、x2、y1和y2和下列算式(1)、(2)、(3)進行計算，

若所述算式(1)、(2)、(3)計算得到的監(jiān)測值中任一一個監(jiān)測值大于預設振動值，則表明所述待監(jiān)測設備存在振動超限，所述判斷模塊將該振動超限結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號z；否則所述待監(jiān)測設備工作正常，繼續(xù)監(jiān)測。

優(yōu)選地，所述步驟t1中預設誤差值為5％，所述步驟t2中預設振動值為5m/s²。

進一步地，所述監(jiān)測報警單元還包括存儲模塊，在所述報警輸出模塊輸出報警信號的同時，所述存儲模塊將記錄故障前后的振動數(shù)據并將數(shù)據保存。

進一步地，所述加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1、加速度傳感器y2均為電容式加速傳感器或壓電式加速傳感器；

所述信號采集模塊x和信號采集模塊y相互獨立采集信號互不影響。

由于采用上述技術方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過分別在x方向和y方向分別使用兩個同時監(jiān)測互為冗余的加速度傳感器監(jiān)測振動信號，通過信號采集模塊x和信號采集模塊y分別獨立采集x方向和y方向上的振動信號，可以提高系統(tǒng)監(jiān)測穩(wěn)定性，并由監(jiān)測報警單元分別對x方向和y方向上的振動信號進行數(shù)據分析、判斷和/或存儲，發(fā)出不同類型的故障報警，提高監(jiān)測裝置的測量可靠性和采集電路的可靠性，降低誤報警率，提高工程效率；

(2)本發(fā)明的監(jiān)測報警單元通過設定數(shù)據分析模塊首先對x方向和y方向上的振動信號x1、x2、y1和y2進行誤差分析，并由判斷模塊判斷誤差范圍是否大于預設誤差值，若大于預設誤差值則判斷x向傳感器和y向傳感器是出現(xiàn)故障，并給出相應報警信號，若誤差范圍是否小于預設誤差值，則進行下一步分析判斷振動信號x1、x2、y1和y2表現(xiàn)的振動值是否超限，若振動超限，則給出相應報警信號，并由存儲模塊記錄故障前后的振動數(shù)據，同時傳輸至數(shù)據服務器便于后期故障分析，從而有效區(qū)分傳感器故障和振動超限報警故障，并且通過存儲故障前后的振動數(shù)據便于后期故障分析；

(3)本發(fā)明可以有效降低風電機組機艙振動誤報率，同時可以明確輸出是傳感器自身故障還是機組確實存在振動超限故障，提高了風電組的安全性，采用x方向和y方向傳感器冗余配置，并且兩個方向獨立采集互補影響可以提高機艙振動傳感器的可靠性。同時本發(fā)明在內部包括了存儲單元，當機組確實振動超限觸發(fā)報警時，傳感器會自動存儲前后(優(yōu)選為10秒)的振動數(shù)據。將該組數(shù)據傳輸至風力發(fā)電機組數(shù)據服務器，便于后期故障分析。

附圖說明

上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1是本發(fā)明的內部元件示意圖；

圖2是本發(fā)明的報警邏輯示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種智能輸出式振動監(jiān)測裝置用于機艙振動的實施例，如圖1、2所示，包括x向振動采集單元、y向振動采集單元，和與x向振動采集單元、y向振動采集單元連接的監(jiān)測報警單元，

x向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器x1和加速度傳感器x2，以及與加速度傳感器x1和加速度傳感器x2連接的信號采集模塊x；

y向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器y1和加速度傳感器y2，以及與加速度傳感器y1和加速度傳感器y2連接的信號采集模塊y；

監(jiān)測報警單元與所述信號采集模塊x和信號采集模塊y連接，用于接收信號采集模塊x和信號采集模塊y發(fā)送的采集數(shù)據，并根據所述采集數(shù)據發(fā)出不同類型的故障報警。

本發(fā)明的裝置用于監(jiān)測振動的方法為：

1)使用x向振動采集單元和y向振動采集單元分別采集機艙在x方向和y方向的振動信號；

其中，x向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器x1和加速度傳感器x2，以及與加速度傳感器x1和加速度傳感器x2連接的信號采集模塊x，信號采集模塊x同時采集由加速度傳感器x1和加速度傳感器x2實時監(jiān)測的x方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據x1、x2；互為冗余的兩個傳感器設置，可以用于進行誤差分析，從而判斷傳感器是否存在故障，保證監(jiān)測準確性，并有利于振動超限的監(jiān)測，提高可靠性；

y向振動采集單元包括兩個互為冗余的加速度傳感器y1和加速度傳感器y2，以及與加速度傳感器y1和加速度傳感器y2連接的信號采集模塊y，信號采集模塊y同時采集由加速度傳感器y1和加速度傳感器y2實時監(jiān)測的y方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據y1、y2；互為冗余的兩個傳感器設置，可以用于進行誤差分析，從而判斷傳感器是否存在故障，保證監(jiān)測準確性，并有利于振動超限的監(jiān)測，提高可靠性；

2)信號采集模塊x和信號采集模塊y將采集到的實時數(shù)據傳輸至監(jiān)測報警單元，監(jiān)測報警單元對接收到的數(shù)據進行分析、判斷，發(fā)出不同類型的故障報警。故障報警包括x向傳感器報警和/或y向傳感器報警，以及振動超限故障，不同類型的故障報警可以提高工作效率。

其中，信號采集模塊x和信號采集模塊y可以相互獨立互不影響；

進一步地，加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1、加速度傳感器y2均可以為電容式加速傳感器或壓電式加速傳感器。

進一步地，監(jiān)測報警單元可以包括數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊，數(shù)據分析模塊，用于分析所述加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1和加速度傳感器y2采集的數(shù)據，并將分析結果傳送至所述判斷模塊；判斷模塊，用于將接收到的分析結果與預設值進行邏輯比較，判斷故障類型，并將判斷結果傳送至所述報警輸出模塊；報警輸出模塊，用于根據接收到的判斷結果執(zhí)行報警結果。

優(yōu)選地，監(jiān)測報警單元還可以包括存儲模塊，存儲模塊可以分別與數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊連接，用于在報警輸出模塊被觸發(fā)報警的同時存儲故障前后的振動數(shù)據。

另一方面，提供一種包括上述智能輸出式振動監(jiān)測裝置的風電機組機艙振動監(jiān)測系統(tǒng)，x向振動采集單元用于監(jiān)測機艙相對于機艙徑向水平方向的振動，y向振動采集單元用于監(jiān)測機艙相對于機艙軸向方向的振動，且監(jiān)測報警單元與風電機組的數(shù)據服務器相連。

再一方面，提供一種智能輸出式振動監(jiān)測裝置用于監(jiān)測機艙振動方法的一個實施例，包括如下步驟：

s1：使用x向振動采集單元和y向振動采集單元分別采集待監(jiān)測設備在x方向和y方向的振動信號；

其中，x向振動采集單元可以包括兩個互為冗余的加速度傳感器x1和加速度傳感器x2，以及與加速度傳感器x1和加速度傳感器x2連接的信號采集模塊x，信號采集模塊x同時采集由加速度傳感器x1和加速度傳感器x2實時監(jiān)測的x方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據x1、x2；兩個x向冗余設置的加速器可以進行誤差分析，判斷x向傳感器是否出現(xiàn)故障，保證監(jiān)測的準確性；

y向振動采集單元可以包括兩個互為冗余的加速度傳感器y1和加速度傳感器y2，以及與加速度傳感器y1和加速度傳感器y2連接的信號采集模塊y，所述信號采集模塊y同時采集由所述加速度傳感器y1和加速度傳感器y2實時監(jiān)測的y方向的振動信號，分別得到振動信號數(shù)據y1、y2；兩個y向冗余設置的加速器可以進行誤差分析，判斷y向傳感器是否出現(xiàn)故障，保證監(jiān)測的準確性；

s2：信號采集模塊x和信號采集模塊y將采集到的實時數(shù)據可以傳輸至監(jiān)測報警單元，監(jiān)測報警單元對接收到的數(shù)據進行分析、判斷，發(fā)出不同類型的故障報警。

s2步驟中，監(jiān)測報警單元可以包括數(shù)據分析模塊、判斷模塊和報警輸出模塊，其中監(jiān)測報警單元對接收到的數(shù)據進行分析、判斷的具體步驟包括：

t1：數(shù)據分析模塊首先對振動信號數(shù)據x1與x2之間、y1與y2之間進行誤差分析；并將分析結果傳送至判斷模塊，判斷模塊將分析結果與預設誤差值進行邏輯比較：

關于x向，若x1與x2之間的誤差大于預設誤差值，則表明加速度傳感器x1和/或加速度傳感器x2出現(xiàn)故障，所述判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號x；

具體的，x向的誤差分析可以通過x1、x2的比值進行計算，預設誤差值可以設定為5％，具體的可以通過以下公式分析判斷：

若振動信號x1、x2的比值在此公式范圍內，則認為在誤差范圍內，x向傳感器正常，否則表明加速度傳感器x1和/或加速度傳感器x2出現(xiàn)故障，判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號x；

關于y向，若y1與y2之間的誤差大于預設誤差值，則表明加速度傳感器y1和/或加速度傳感器y2出現(xiàn)故障，所述判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號y；

具體的，y向的誤差分析可以通過y1、y2的比值進行計算，預設誤差值可以設定為5％，具體的可以通過以下公式分析判斷：

若振動信號y1、y2的比值在此公式范圍內，則認為在誤差范圍內，y向傳感器正常，否則表明加速度傳感器y1和/或加速度傳感器y2出現(xiàn)故障，判斷模塊將該判斷結果傳送至所述報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號y；

若x1與x2之間、y1與y2之間的誤差均小于預設誤差值，則表明加速度傳感器x1、加速度傳感器x2、加速度傳感器y1和加速度傳感器y2均工作正常，進入步驟t2；

t2：繼續(xù)利用振動信號數(shù)據x1、x2、y1和y2和下列算式(1)、(2)、(3)進行計算，

若以上算式(1)、(2)、(3)計算得到的監(jiān)測值中任一一個監(jiān)測值大于預設振動值，則表明待監(jiān)測設備存在振動超限，判斷模塊將該振動超限結果傳送至報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號z；否則待監(jiān)測設備工作正常，繼續(xù)監(jiān)測。

優(yōu)選地，步驟t2中預設振動值為5m/s²。即振動超限的計算判斷公式如下：

若出現(xiàn)以上任一情況，則認為此時機組確實存在振動超限，判斷模塊將該振動超限結果傳送至報警輸出模塊，由其發(fā)出報警信號z；否則待監(jiān)測設備工作正常，繼續(xù)監(jiān)測。

為了方便技術人員進行故障分析，監(jiān)測報警單元還包括存儲模塊，在報警輸出模塊輸出報警信號x、y、z的同時，存儲模塊將記錄故障前后的振動數(shù)據并將數(shù)據保存。存儲模塊優(yōu)選為在發(fā)出報警信號z的同時，記錄故障前后10秒的振動數(shù)據，同時將該組數(shù)據傳輸至風力發(fā)電機組數(shù)據服務器，便于后期故障分析。

上述所有的x向為左右方向，y向為前后方向。

本發(fā)明可以有效降低風電機組機艙振動誤報率，同時可以明確輸出是傳感器自身故障還是機組確實存在振動超限故障，提高了風電組的安全性，采用x方向和y方向傳感器冗余配置，并且兩個方向獨立采集互補影響可以提高機艙振動傳感器的可靠性。同時本發(fā)明在內部包括了存儲單元，當機組確實振動超限觸發(fā)報警時，傳感器會自動存儲前后(優(yōu)選為10秒)的振動數(shù)據。將該組數(shù)據傳輸至風力發(fā)電機組數(shù)據服務器，便于后期故障分析。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內。