CN105424161A - 断路器机壳振动状态采集***、判断***、采集方法和判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了断路器机壳振动状态采集***、判断***、采集方法和判断方法,其主要包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点与DSP***相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接,此***通过监测断路器机壳振动来进行断路器的状态诊断且本套***基于嵌入式***,所需空间小,人机交互友好,便于检修人员判断断路器工作状态,延长断路器使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及断路器机壳振动监测领域,特别涉及断路器机壳振动状态采集***、判断***、采集方法和判断方法。
背景技术
在电力***中,根据电网的运行调度需求,利用断路器来可靠地投入或切除线路以及电气设备。断路器通过触头开闭来断开、闭合电路。由于断路器合闸动作是由内部各部分机构联动,同时产生较强的振动与冲击,若断路器内部结构发生改变或有机构出现故障,则机壳的振动会有变化,因此通过监测断路器机壳振动可以进行断路器的状态诊断。且现有的振动信号断路器诊断***存在安装复杂,***体积大使用不灵活,人机交互不够友好等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种通过监测断路器机壳振动进而判断断路器状态的断路器机壳振动状态采集***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:断路器机壳振动状态采集***,包括速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;
所述加速度传感器用于测量断路器机壳振动信号,所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样,所述DSP***用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM***,所述ARM***用以接收DSP发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上。
进一步的是:还包括连接于信号调理模块与DSP***之间的AD采样芯片,所述AD采样芯片的型号为AD7606,所述DSP***中的DSP芯片型号为TMS320F28335,所述ARM***中的ARM芯片的型号为S3C6410。
进一步的是:所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器,所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
本发明还介绍一种断路器机壳振动状态判断***,包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;
所述加速度传感器用于测量断路器机壳振动信号,所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样,所述DSP***用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM***,所述ARM***用以接收DSP发送的数据并对数据进行处理、保存并显示在触摸显示屏上,所述ARM***还包括判断模块,用以判断断路器状态是否正常并将结果在触摸显示屏上显示。
进一步的是:还包括连接于信号调理模块与DSP***之间的AD采样芯片,所述AD采样芯片的型号为AD7606,所述DSP***中的DSP芯片型号为TMS320F28335,所述ARM***中的ARM芯片的型号为S3C6410。
进一步的是:所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器,所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
本发明还提供一种断路器机壳振动状态采集方法,当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量,并将特征量在触摸显示屏上显示。
本发明还提供一种断路器机壳振动状态判断方法,当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量,在对其特征量判断之前,必须要对SVM支持向量机算法进行一次训练,首先按照以上方法收集不少于30组同型号断路器在正常状态下的合闸振动信号特征量样本,将其标记为正常样本;将SVM的类型设置为one-class-svm,并用该组样本进行训练,训练完成后,将新测得的特征量送入SVM支持向量机中进行判断,并将结果在触摸显示屏上显示。
本发明的有益效果是:本发明能够采样每次断路器合闸时的机壳振动,并提取其特征量,可准确的判断断路器状态;本套***基于嵌入式***,所需空间小,人机交互友好,便于检修人员判断断路器工作状态,延长断路器使用寿命。
附图说明
图1为断路器机壳振动状态采集***整体结构图。
图2为断路器机壳振动状态采集***方法流程图。
图3为触发电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
断路器(英文名称:circuit-breaker,circuitbreaker)是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器主要由3个基本部分组成,即触头、灭弧***和各种脱扣器,包括过电流脱扣器、失压(欠电压)脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的,触头闭合后,自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时,通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作,自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护,当线路的电流大于整定的电流值时,过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣,动触点在弹簧的拉力下迅速断开,实现短路器的跳闸功能。由于断路器合闸动作是由内部各部分机构联动,同时产生较强的振动与冲击,若断路器内部结构发生改变或有机构出现故障,则机壳的振动会有变化,因此通过监测断路器机壳振动可以进行断路器的状态诊断。
如图1至图2所示,断路器机壳振动状态采集***,其特征在于:包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述SPI是串行外设接口(SerialPeripheralInterface)的缩写,SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。所述DSP为数字信号处理(digitalsignalprocessing)的缩写,它是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术,所述ARM***是Acorn有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作AcornRISCMachine。所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;当要将断路器进行检测时,先将加速度传感器安装于断路器机壳顶部,将触发电路的两输入端分别连于断路器合闸线圈与分闸线圈两端,此时使断路器工作,机壳会产生振动,加速度传感器与触发电路同时获得信号开始工作,由于加速度传感器与信号处理模块连接,此***的信号处理模块使用的芯片型号为CM3502,加速度传感器的芯片型号为CA-YD-180,所述信号处理模块为加速度传感器提供恒流电源同时将加速度传感器输出的叠加在直流偏压上的交流被测加速度信号通过CR高通隔直输出,隔掉直流偏压,将交流加速度信号传向DSP***,,同时由于触发电路的触发,DSP***的外部中断产生下降沿变为低电平,DSP进入采样中断进行数据采样,将采集到的模拟信号运用DSP的片内AD进行模数转换转换成数字信号,DSP再对数字信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列的能量熵,得到8个熵值作为特征量,DSP载将得到的特征量通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据后将后台进入中断,自动保存振动信号的特征量,并将特征量在触摸显示屏上显示,检修人员根据触摸显示屏上显示的特征量与以往检测的正常状态下的断路器测得的断路器的特征量进行比对,得出此断路器的状态。本套***基于嵌入式***,所需空间小,便于检修人员判断断路器工作状态,延长断路器使用寿命,且检修人员可通过触摸显示屏查阅以往数据,人机交互友好。
本发明还提供一套***为断路器机壳振动状态判断***,包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;所述加速度传感器用于测量断路器机壳振动信号,所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样,所述DSP***用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM***,所述ARM***用以接收DSP发送的数据并对数据进行处理、保存并显示在触摸显示屏上,所述ARM***还包括判断模块,用以判断断路器状态是否正常并将结果在触摸显示屏上显示。当要将断路器进行检测时,先将加速度传感器安装于断路器机壳顶部,将触发电路的两输入端分别连于断路器合闸线圈与分闸线圈两端,此时使断路器工作,机壳会产生振动,加速度传感器与触发电路同时获得信号开始工作,由于加速度传感器与信号处理模块连接,此***的信号处理模块使用的芯片型号为CM3502,加速度传感器的芯片型号为CA-YD-180,所述信号处理模块为加速度传感器提供恒流电源同时将加速度传感器输出的叠加在直流偏压上的交流被测加速度信号通过CR高通隔直输出,隔掉直流偏压,将交流加速度信号传向DSP***,,同时由于触发电路的触发,DSP***的外部中断产生下降沿变为低电平,DSP进入采样中断进行数据采样,将采集到的模拟信号运用DSP的片内AD进行模数转换转换成数字信号,DSP再对数字信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列的能量熵,得到8个熵值作为特征量,DSP载将得到的特征量通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据后将后台进入中断,自动保存振动信号的特征量,并将特征量在触摸显示屏上显示,检修人员根据触摸显示屏上显示的特征量与以往检测的正常状态下的断路器测得的断路器的特征量进行比对,得出此断路器的状态,在ARM***中对特征量进行判断之前,必须要对SVM支持向量机算法进行一次训练,首先按照以上方法收集多组同型号断路器在正常状态下的合闸振动信号特征量样本,将其标记为正常样本,将SVM的类型设置为one-class-svm,并用该组样本进行训练,训练完成后无需再次训练,只需将新测得的特征量送入SVM支持向量机中进行判断,判断为同类,则断路器正常,判断为非同类,则断路器则可能故障,同时将结果在触摸显示屏上显示,检修人员可在本***上很直观的看出断路器的状态,无需进行额外的对比或计算且本套***基于嵌入式***,所需空间小,人机交互友好,便于检修人员判断断路器工作状态,延长断路器使用寿命,且检修人员可以通过触摸屏查阅以前检测数据,人机交互友好。
此外,上述两套***还可使用外部AD采样芯片,AD采样芯片有多种,此处采用的芯片型号为AD7606,所述AD芯片连接于位移传感器与DSP***之间,一般情况下,DSP的片内AD精度为8位或10位,而AD7606能达到16位,使得AD转换更精确。本***采用的DSP芯片为TMS320F28335,此芯片具备32位浮点处理单元,与以往的定点DSP相比,该器件的精度高,成本小,功耗小,性能高,外设集成度高,数据及程序存储量大等优点。本***采用的ARM芯片为S3C6410,相比以往的ARM***,具有更高的主频和更丰富外设,能适用于对性能和处理能力有更高要求的嵌入式***应用场合。
并且,上述两套***所述的触发电路包括电阻和光耦继电器,此处使用的光耦继电器型号为TLP3553,所述光耦继电器的输入端与电阻串联后分别并联于合闸线圈与分闸线圈两端,输出接点两端分别与DSP的电源与外部中断引脚相连,光耦继电器是没有寿命的,发光二极管导通截止,接收二极管导通截止,不会因为老化而坏掉,因此光耦继电器适用于反复开关的领域。
本发明还介绍一种断路器机壳振动状态采集方法,当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量,并将特征量在触摸显示屏上显示,此方法可使检修员很直观的观察到断路器机壳振动状态的特征量,使用简单且测量精度高,检修员只需将此特征量与以往测得的正常状态下的断路器特征量相对比,即可得出此断路器的状态。
此外还介绍一种断路器机壳振动状态判断方法,当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量。在对其特征量判断之前,必须要对SVM支持向量机算法进行一次训练,首先按照以上方法收集多组同型号断路器在正常状态下的合闸振动信号特征量样本,将其标记为正常样本;将SVM的类型设置为one-class-svm,并用该组样本进行训练。训练完成后,将新测得的特征量送入SVM支持向量机中进行判断,并将结果在触摸显示屏上显示,本方法可直接通过观察触摸显示屏而得出断路器的状态,使用简单且测试准确,利于检修人员检查断路器机械特性,延长断路器使用寿命,且检修人员可以通过触摸屏查阅以前检测数据,人机交互友好。
并且,所述正常状态下的合闸振动信号特征量样本不少于30组,振动信号特征量样本取得越多能使正常状态下的合闸振动信号特征量越精确,同时能使被检测的断路器状态越精确。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.断路器机壳振动状态采集***,其特征在于:包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;
所述加速度传感器用于测量断路器机壳振动信号,所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样,所述DSP***用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM***,所述ARM***用以接收DSP发送的数据并对数据进行处理、保存并显示在触摸显示屏上。
2.如权利要求1所述的断路器机壳振动状态采集***,其特征在于:还包括连接于信号调理模块与DSP***之间的AD采样芯片,所述AD采样芯片的型号为AD7606,所述DSP***中的DSP芯片型号为TMS320F28335,所述ARM***中的ARM芯片的型号为S3C6410。
3.如权利要求1所述的断路器机壳振动状态采集***,其特征在于:所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器,所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
4.断路器机壳振动状态判断***,其特征在于:包括加速度传感器、信号调理装置、触发电路、SPI、DSP***和ARM***,所述加速度传感器与信号调理模块连接,信号调理模块的输出端与DSP***连接,DSP***通过SPI和ARM***连接,所述触发电路的输出接点两端分别与DSP***的电源与外部中断引脚相连,还包括触摸显示屏,所述触摸显示屏与ARM***连接;
所述加速度传感器用于测量断路器机壳振动信号,所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样,所述DSP***用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM***,所述ARM***用以接收DSP发送的数据并对数据进行处理、保存并显示在触摸显示屏上,所述ARM***还包括判断模块,用以判断断路器状态是否正常并将结果在触摸显示屏上显示。
5.如权利要求4所述的断路器机壳振动状态判断***,其特征在于:还包括连接于信号调理模块与DSP***之间的AD采样芯片,所述AD采样芯片的型号为AD7606,所述DSP***中的DSP芯片型号为TMS320F28335,所述ARM***中的ARM芯片的型号为S3C6410。
6.如权利要求4所述的断路器机壳振动状态判断***,其特征在于:所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器,所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
7.断路器振动状态采集方法,其特征在于:当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量,并将特征量在触摸显示屏上显示。
8.断路器机壳振动状态判断方法,其特征在于:当断路器收到分闸或是合闸指令时,与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压,光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号,DSP外部中断产生下降沿变为低电平,DSP***为外部AD芯片提供采样时钟并读取其模数转换后的振动信号,采样完毕后,如果断路器合闸,则DSP对振动信号进行以DB4小波为基的3层小波包分解,得到8个序列,分别求这8个序列的能量熵,得到的8个熵值作为特征量,DSP再通过SPI将数据发送至ARM***,ARM***中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断,自动保存其特征量,在对其特征量判断之前,必须要对SVM支持向量机算法进行一次训练:首先按照以上方法收集多组同型号断路器在正常状态下的合闸振动信号特征量样本,将其标记为正常样本,将SVM的类型设置为one-class-svm,并用该组样本进行训练;训练完成后,将新测得的特征量送入SVM支持向量机中进行判断,并将结果在触摸显示屏上显示。
9.如权利要求8所述的断路器机壳振动状态判断方法,其特征在于:所述正常状态下的合闸振动信号特征量样本不少于30组。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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