一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號采集模塊、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；所述的模擬信號采集模塊包括電渦流傳感器和振動傳感器；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個結(jié)構(gòu)相同的濾波器串聯(lián)而成。在水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集方面，該裝置檢測精度高、易于實施、數(shù)據(jù)濾波效果好。
【專利說明】一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置

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

【背景技術(shù)】
[0002] 目前各水電廠已經(jīng)全面推廣安裝了機組振動擺度在線監(jiān)測裝置，受水電廠實行的 "三年一小修、五年一大修"計劃檢修制度限制，機組振動擺度在線監(jiān)測系統(tǒng)所用的傳感器 難以實現(xiàn)每年一次的定期檢驗要求，而安裝于現(xiàn)場的傳感器長期運行中受陰濕環(huán)境、水壓 脈動、機組振動區(qū)等因素的影響，測量信號失真、測量數(shù)值不準確等問題時有發(fā)生，導(dǎo)致在 線監(jiān)測系統(tǒng)難以獲取機組當前運行狀態(tài)的真實情況，電廠運行人員難以把握機組的振動擺 度實際情形，嚴重影響機組運行決策。
[0003] 各電廠急需一款適合水電廠特點的振動擺度數(shù)據(jù)校驗裝置。
[0004] 因此，有必要設(shè)計一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集 裝置，該用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置檢測精度高、易于實施、數(shù)據(jù)濾波效果好。
[0006] 實用新型的技術(shù)解決方案如下：
[0007] 一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號采集模塊、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] 所述的模擬信號采集模塊包括電渦流傳感器和振動傳感器；
[0009] 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機組擺度信號，包括水電機組上導(dǎo)軸承X/Y向 水平擺度信號、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號；
[0010] 振動傳感器用于獲取水電機組振動信號，包括水電機組上機架X/Y向水平振動信 號、上機架垂直向振動信號、下機架X/Y向水平振動信號、頂蓋X/Y向水平振動信號、頂蓋Z 向垂直振動信號；
[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個結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個濾波器 的結(jié)構(gòu)如下：
[0013] 包括運算放大器（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)接運算放大器的同 向輸入端，運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，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運算放大器的輸出端； 運算放大器的反向輸入端與運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路模擬信號接口，任意選擇模擬信號采集模塊采集的4路信號與該4路模 擬信號接口對應(yīng)連接。
[0015] 所述的放大電路為基于運算放大器的放大倍數(shù)為0. 5的放大電路。
[0016] 有益效果：
[0017] 本實用新型的用于水電機組的振動擺度數(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進行放大、濾波，調(diào)整輸入信號幅值適應(yīng)模擬信號采集模塊ADC的需 求。本實用新型的濾波電路截止頻率可調(diào)節(jié)，三級串聯(lián)具有更高的信號幅值衰減速率，能夠 有效濾除高頻信號，防止水電廠高頻噪聲導(dǎo)致頻率混疊現(xiàn)象發(fā)生。本實用新型，采用具有多 個轉(zhuǎn)換通道的A/D轉(zhuǎn)換器，集成度高，采用運放構(gòu)造濾波器和放大器，結(jié)構(gòu)緊湊，濾波效果 好，易于實施。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0021] 以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明：
[0022] 實施例1 :
[0023] 如圖1-3, 一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置，包括模擬信號采集模塊、 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] 所述的模擬信號采集模塊包括電渦流傳感器和振動傳感器；
[0025] 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機組擺度信號，包括水電機組上導(dǎo)軸承
[0026]X/Y向水平擺度信號、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信 號；
[0027] 振動傳感器用于獲取水電機組振動信號，包括水電機組上機架X/Y向水平振動信 號、上機架垂直向振動信號、下機架X/Y向水平振動信號、頂蓋X/Y向水平振動信號、頂蓋Z 向垂直振動信號；
[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個結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個濾波器 的結(jié)構(gòu)如下：
[0030] 包括運算放大器（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)接運算放大器的同 向輸入端，運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，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運算放大器的輸出 端；運算放大器的反向輸入端與運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路模擬信號接口，任意選擇模擬信號采集模塊采集的4路信號與該4路模 擬信號接口對應(yīng)連接。
[0032] 所述的放大電路為基于運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) 部的一個接口。本實用新型的采集裝置是電渦流傳感器、振動傳感器。利用傳感器，將現(xiàn)場 被測對象的機械量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，通過電纜傳輸給本實用新型所述的一種用于水電 機組的振動擺度數(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。模擬信號采集 模塊如圖3所示?！続D7606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、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基準電壓源、基準電壓緩沖以及高速串行和并行接口?！克?AD7606實現(xiàn)圖1所示4路模擬信號的AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集，所述4路模擬信號來自水電機組 上機架X/Y向水平振動測點、上機架垂直向振動測點、頂蓋X/Y向水平振動測點、頂蓋Z向 垂直振動測點、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度測點、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度測點振的任意4路 信號。所述水輪發(fā)電機組上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承為水輪發(fā)電機大軸的徑向約束部件。
[0034] 所述模擬信號調(diào)理模塊的主要功能是對傳感器采集的模擬信號進行放大、濾波。 傳感器采集將機械信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號，模擬電信號經(jīng)過調(diào)理模塊放大后輸出給信號濾 波模塊，濾波模塊通過濾除模擬電信號噪聲信號輸出給信號采集模塊。模擬信號放大電路 如圖2所示，濾波電路如圖3所示。
[0035] 本實用新型所述的模擬信號調(diào)理模塊采用雙通道運算放大器的1個通道進行運 放；信號采集設(shè)備采用± 12V供電，靈敏度SmV/μm的電渦流傳感器和低頻振動傳感器信 號，最大信號輸出電壓為8V，需將其放大至5V之間的模擬信號，故需對輸入信號進行1/2倍 放大。所述電渦流傳感器主要獲取水電機組擺度信號，包括水電機組上導(dǎo)水平向X/Y擺度 信號、下導(dǎo)水平向X/Y擺度信號；所述振動傳感器主要獲取水電機組振動信號，主要包括水 電機組上機架X/Y向水平振動信號、上機架垂直向振動信號、頂蓋X/Y向水平振動信號、頂 蓋Z向垂直振動信號。
[0036] 本實用新型所述的模擬信號調(diào)理模塊需要對采集的信號進行低通有源濾波，濾波 截止頻率設(shè)為200Hz，每一通道采用3個雙輸入運算放大器串聯(lián)實現(xiàn)6階抗混濾波。串聯(lián)的 3個運放中任一個運算放大器實現(xiàn)2階抗混疊濾波，詳細電路見圖3。電阻R2前端輸入電壓 由兩個支路提供，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濾波電路輸入給運算放大器的同相輸入 端，而運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. 一種用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括模擬信號采集模塊、 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； 所述的模擬信號采集模塊包括電渦流傳感器和振動傳感器； 所述的電渦流傳感器用于獲取水電機組擺度信號，包括水電機組上導(dǎo)軸承X/Y向水平 擺度信號、下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號和下導(dǎo)軸承X/Y向水平擺度信號； 振動傳感器用于獲取水電機組振動信號，包括水電機組上機架X/Y向水平振動信號、 上機架垂直向振動信號、下機架X/Y向水平振動信號、頂蓋X/Y向水平振動信號、頂蓋Z向 垂直振動信號； 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個結(jié)構(gòu)相同的二階抗混疊濾波器串聯(lián)而成；每一個濾波器的結(jié) 構(gòu)如下： 包括運算放大器（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)接運算放大器的同向 輸入端，運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，另一端接濾波器的輸出端；濾波器的輸出端即運算放大器的輸出端； 運算放大器的反向輸入端與運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所述的用于水電機組的振動擺度數(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路模擬信號接口，任意選擇模擬信號采集模塊采集的4路信號與該4路模擬信號接口對應(yīng) 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水電機組的振動擺度數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述 的放大電路為基于運算放大器的放大倍數(shù)為〇. 5的放大電路。
【文檔編號】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研究院