CN108119317A - 一种风机叶片振动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风机叶片振动检测装置，包括采集器和手持终端，所述采集器通过螺丝固定安装于风机叶片上，所述手持终端由检测人员随身携带，所述采集器和所述手持终端之间通过无线网络相互连接。本发明针对风机叶片特殊的工作方式，将振动采集器固定安装于风机叶片上，无需经常拆卸且不会影响风机叶片的正常工作，当需要检测时，振动采集器实时采集风机叶片的振动数据，通过无线网络传送给手持终端设备并进行保存和显示，同时还能通过USB口将数据上传给上位机进一步分析处理，为风机叶片的改进工作提供参考依据，满足风机叶片特殊的检测要求。

Description

一种风机叶片振动检测装置

技术领域

本发明涉及风力发电检测技术领域，特别涉及一种风机叶片振动检测装置。

背景技术

随着环境问题和能源问题的日益突出，风能作为一种可再生、无污染的绿色能源越来越受到人们的关注。风力发电是利用风能的主要形式之一。风机叶片是风机的核心部件，是风机进行能量转换的重要组成部分，其性能的好坏直接影响风机运行的稳定和能量转换的效率。风机叶片在旋转过程中，当由上方转到下方时，受力改变并且交替变化，以及受野外风力的影响，都会引起风机叶片的振动。风机叶片的剧烈振动会导致裂纹的产生，如果振动没有有效控制，有可能造成整个风机叶片的断裂失效，从而造成巨大的经济损失。而要了解风机叶片的振动状态，需对其进行检测。由于风机叶片特殊的工作方式，采用传统的检测振动的方法显然无法满足要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种风机叶片振动检测装置，将振动采集器固定安装于风机叶片上，采集风机叶片的振动数据，通过无线网络实时传送给手持终端设备并进行保存和显示，满足风机叶片特殊的检测要求。

(二)技术方案

一种风机叶片振动检测装置，包括采集器和手持终端，所述采集器通过螺丝固定安装于风机叶片上，所述手持终端由检测人员随身携带，所述采集器和所述手持终端之间通过无线网络相互连接；

所述采集器内部设有第一控制电路板，所述第一控制电路板包括振动检测单元、信号调理单元、第一数字处理单元和第一无线传输单元；所述振动检测单元为三轴压电加速度传感器，检测风机叶片旋转时的振动情况，输出微弱电压信号，送入所述信号调理单元；所述信号调理单元包括放大部分和滤波部分，所述放大部分将所述微弱电压信号经阻抗转换进行放大，所述滤波部分滤除放大后电压信号中的噪声信号，调理好的电压信号送入所述第一数字处理单元的A/D转换通道；所述第一数字处理单元对采集的数据进行处理，通过所述第一无线传输单元将处理好的数据发送给所述手持终端；

所述手持终端包括本体，所述本体正面设有液晶显示屏，所述液晶显示屏下部设有键盘，所述键盘为四行三列12键键盘矩阵，所述液晶显示屏上部设有双色指示灯，所述本体背面下部设有电池仓，所述本体底部设有USB口，所述本体顶部设有射频天线；所述本体内部设有第二控制电路板，所述第二控制电路板包括第二无线传输单元、第二数字处理单元、指示灯单元、显示单元、按键输入单元、存储单元和USB通信单元；所述第二无线传输单元和所述射频天线电连接，所述第二数字处理单元通过所述第二无线传输单元接收所述采集器发送的数据并进行处理，同时所述第二数字处理单元通过所述第二无线传输单元将采集指令发送给所述采集器，所述第二数字处理单元处理好的数据送入所述显示单元和所述存储单元；所述指示灯单元与所述双色指示灯电连接，用于指示所述手持终端与所述采集器的连接情况和数据传输完成情况；所述显示单元与所述液晶显示屏电连接，将所述第二数字处理单元处理好的数据通过所述液晶显示屏进行实时显示；所述存储单元对处理好的数据进行本地保存；所述按键输入单元与所述键盘电连接，对测试参数进行修改和设定；所述USB通信单元与所述USB口电连接，所述第二数字处理单元通过所述USB通信单元将数据上传给上位机；

所述信号调理单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、电位器、第一～第三电容和第一～第九电阻，其中所述第一运算放大器选用AD620AN，所述第二和第三运算放大器选用OP07AN；

所述键盘输入单元包括键盘扫描芯片、键盘、第一晶振、第四～第六电容和第十～第十六电阻，其中所述键盘扫描芯片选用ZLG7289，所述键盘为四行三列12键键盘矩阵；

所述存储单元包括EEPROM存储器、第十七和第十八电阻，其中所述EEPROM存储器选用24C02；

所述USB通信单元包括USB接口芯片、USB连接器、第二晶振、发光二极管、第一二极管、第七～第十二电容和第十九～第二十三电阻，其中所述USB接口芯片选用CH375，所述第十二电容为电解电容。

进一步的，所述振动检测单元选用Mini-Sensor三轴压电加速度传感器。

进一步的，所述第一数字处理单元和所述第二数字处理单元均选用单片机MSP430F135。

进一步的，所述第一无线传输单元和所述第二无线传输单元均选用无线数据传输模块SV610。

进一步的，所述显示单元选用液晶模块LCD12864。

进一步的，所述采集器采用风机电源供电，所述手持终端采用锂电池供电。

(三)有益效果

本发明提供了一种风机叶片振动检测装置，针对风机叶片特殊的工作方式，将振动采集器固定安装于风机叶片上，无需经常拆卸且不会影响风机叶片的正常工作，当需要检测时，振动采集器实时采集风机叶片的振动数据，通过无线网络传送给手持终端设备并进行保存和显示，同时还能通过USB口将数据上传给上位机进一步分析处理，为风机叶片的改进工作提供参考依据，装置结构简单，体积小巧，质量轻，性价比高，功耗低，检测精度高，工作可靠，无线传输稳定，误码率低，使用灵活，易于控制，满足风机叶片特殊的检测要求。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的结构示意图。

图2为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的***功能框图。

图3为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的信号调理单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的键盘输入单元电路原理图。

图5为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的存储单元电路原理图。

图6为本发明所涉及的一种风机叶片振动检测装置的USB通信单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

结合图1和图2，一种风机叶片振动检测装置，包括采集器1和手持终端4，采集器1通过螺丝2固定安装于风机叶片3上，手持终端4由检测人员随身携带，采集器1和手持终端4之间通过无线网络相互连接；

采集器1内部设有第一控制电路板，第一控制电路板包括振动检测单元、信号调理单元、第一数字处理单元和第一无线传输单元；振动检测单元为三轴压电加速度传感器，检测风机叶片3旋转时的振动情况，输出微弱电压信号，送入信号调理单元；信号调理单元包括放大部分和滤波部分，放大部分将微弱电压信号经阻抗转换进行放大，滤波部分滤除放大后电压信号中的噪声信号，调理好的电压信号送入第一数字处理单元的A/D转换通道；第一数字处理单元对采集的数据进行处理，通过第一无线传输单元将处理好的数据发送给手持终端4；

手持终端4包括本体，本体正面设有液晶显示屏5，液晶显示屏5下部设有键盘6，键盘6为四行三列12键键盘矩阵，液晶显示屏5上部设有双色指示灯7，本体背面下部设有电池仓，本体底部设有USB口，本体顶部设有射频天线8；本体内部设有第二控制电路板，第二控制电路板包括第二无线传输单元、第二数字处理单元、指示灯单元、显示单元、按键输入单元、存储单元和USB通信单元；第二无线传输单元和射频天线8电连接，第二数字处理单元通过第二无线传输单元接收采集器1发送的数据并进行处理，同时第二数字处理单元通过第二无线传输单元将采集指令发送给采集器1，第二数字处理单元处理好的数据送入显示单元和存储单元；指示灯单元与双色指示灯7电连接，用于指示手持终端4与采集器1的连接情况和数据传输完成情况；显示单元与液晶显示屏5电连接，将第二数字处理单元处理好的数据通过液晶显示屏5进行实时显示；存储单元对处理好的数据进行本地保存；按键输入单元与键盘6电连接，对测试参数进行修改和设定；USB通信单元与USB口电连接，第二数字处理单元通过USB通信单元将数据上传给上位机。

由于风机叶片3振动测量的特殊性，需要将采集器1固定安装风机叶片3上，所以对振动传感器的选择也提出了要求，既要满足低频高灵敏度，同时也要求质量轻。此外，考虑到风机在野外受到风力的影响情况比较复杂，为了全面反映风机叶片3的受损情况，需考虑三维受力方向，即X、Y和Z轴三个方向受力。因此振动检测单元选用Mini-Sensor三轴压电加速度传感器，灵敏度可达1V/g，质量仅为0.5g，使用温度范围为-40～80℃，输出微弱电压信号与被测加速度成正比。

压电加速度传感器的内阻很高，而且输出的电压信号微弱，因此需要通过信号调理单元进行阻抗转化将电压信号放大和滤波处理。如图3所示，信号调理单元包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、电位器Rw1、电容C1～C3和电阻R1～R9，其中运算放大器U1选用AD620AN，运算放大器U2和U3选用OP07AN。

第一数据处理单元的功能主要是振动数据的采集和发射，第二数据处理单元的功能主要是振动数据的接收和计算以及采集指令的发送。第一数字处理单元和第二数字处理单元均选用单片机MSP430F135，是高集成度、高精度的单芯片***，目前工业界中具有最低功耗的16位RISC混合信号处理器。具有较低的工作电压，在1.8～3.6V之间均可正常工作。其功耗低，在活动模式时工作电流为350uA，在休眠模式下仅为0.5uA。具有丰富的外设，片内3个时钟信号，灵活的时钟选择可使***在合理的时钟下进行工作，大幅降低了***功耗；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，满足装置数据采集要求；能直接驱动液晶多达160多段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；还具有UART、SPI、较多I/O端口和USB控制器等***模块，大大简化了***电路的设计。

第一无线传输单元和第二无线传输单元均选用无线数据传输模块SV610。SV610采用高性能的Si4432射频芯片，具有极高的灵敏度，再加上业界领先的100mW的输出功率保证扩大范围和提高链路性能。SV610模块提供了多频段信道以及网络ID来降低传输过程中的干扰以提高传输性能。SV610模块有多种数据传输率可选，灵敏度高达-121dBm，工作频段有433/470/868/915MHz多个频段选择，在理想环境中传输距离可达1400m，工作电压2.8～6.0V，工作温度范围为-20～+70℃。具有体积小、传输距离远、工作电压范围宽和编程设置丰富便捷的特点。MSP430F135通过串口与SV610模块进行数据传输。

显示单元选用液晶模块LCD12864，对采集数据进行实时显示，方便测试人员及时了解检测情况。测试人员可通过键盘6对测试参数进行修改和设定，例如采样率、采样参考电压、串口波特率等，还通过键盘6确认建立和采集器1的无线连接以及向采集器1发送采集指令。如图4所示，键盘输入单元包括键盘扫描芯片U4、键盘6、晶振X1、电容C4～C6和电阻R10～R16，其中键盘扫描芯片U4选用ZLG7289，键盘6为四行三列12键键盘矩阵。ZLG7289内部含有译码器，具有串行接口，单片即可完成键盘6接口的全部功能，外接四行三列12键键盘矩阵，当有按键按下时KEY脚会变为低电平，利用指令可读出所按键值。

手持终端4一旦非正常断电，当前的采集数据即会丢失，因此需要外接存储器，如图5所示，存储单元包括EEPROM存储器U5、电阻R17和R18，其中EEPROM存储器U5选用24C02。手持终端4通过24C02对采集数据进行本地保存，也方便显示单元更加快速的对采集数据进行实时显示。

手持终端4还可通过USB口将采集数据上传给上位机进行进一步处理分析，方便快捷，如图6所示，USB通信单元包括USB接口芯片U6、USB连接器J1、晶振X2、发光二极管LED1、二极管D1、电容C7～C12和电阻R9～R23，其中USB接口芯片U6选用CH375，电容C12为电解电容。USB连接器J1与USB口焊接连接。CH375支持3.3V和5V供电，支持全速USB接口，兼容USB2.0协议；支持多种传输方式；具有省事的内置固件模式和灵活的***固件模式。内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议，自动完成标准的USB枚举过程，能大大简化本地控制器的固件处理程序。采用4线控制：写选通、读选通、片选输入和中断输出。MSP430F135与CH375采用异步串行通信，电容C7、C8和C12为退耦作用，CH375中断脚CS#与MSP430F135的外部中断输入脚连接，下降沿有效。

下面简述本装置的工作原理：

首先通过手持终端4的键盘6输入连接指令，使手持终端4和采集器1建立无线连接，此时双色指示灯7为绿色，若建立异常则为红色。本装置未工作时，采集器1和手持终端4的MSP430F135均处于休眠状态，振动传感器不采集振动数据。需要检测风机叶片3的受损情况时，通过手持终端4的键盘6输入开始采集指令，手持终端4和采集器1的MSP430F135均被唤醒，手持终端4通过无线网络将采集指令发送给采集器1，采集器1的MSP430F135控制振动传感器工作采集风机叶片3的振动数据，通过手持终端4的键盘6可修改和设定采样率、采样参考电压、串口波特率等测试参数，采集器1将采集数据通过无线网络传送给手持终端4，液晶显示屏5对采集数据进行实时显示，同时手持终端4对采集数据进行本地保存。数据传送过程中双色指示灯7为忽闪绿色，传送完毕则稳定为绿色。手持终端4还可通过USB口将采集数据上传到上位机进一步分析处理。采集器1采用风机电源供电，手持终端4采用锂电池供电。

本发明提供了一种风机叶片振动检测装置，针对风机叶片特殊的工作方式，将振动采集器固定安装于风机叶片上，无需经常拆卸且不会影响风机叶片的正常工作，当需要检测时，振动采集器实时采集风机叶片的振动数据，通过无线网络传送给手持终端设备并进行保存和显示，同时还能通过USB口将数据上传给上位机进一步分析处理，为风机叶片的改进工作提供参考依据，装置结构简单，体积小巧，质量轻，性价比高，功耗低，检测精度高，工作可靠，无线传输稳定，误码率低，使用灵活，易于控制，满足风机叶片特殊的检测要求。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：包括采集器和手持终端，所述采集器通过螺丝固定安装于风机叶片上，所述手持终端由检测人员随身携带，所述采集器和所述手持终端之间通过无线网络相互连接；

所述采集器内部设有第一控制电路板，所述第一控制电路板包括振动检测单元、信号调理单元、第一数字处理单元和第一无线传输单元；所述振动检测单元为三轴压电加速度传感器，检测风机叶片旋转时的振动情况，输出微弱电压信号，送入所述信号调理单元；所述信号调理单元包括放大部分和滤波部分，所述放大部分将所述微弱电压信号经阻抗转换进行放大，所述滤波部分滤除放大后电压信号中的噪声信号，调理好的电压信号送入所述第一数字处理单元的A/D转换通道；所述第一数字处理单元对采集的数据进行处理，通过所述第一无线传输单元将处理好的数据发送给所述手持终端；

所述手持终端包括本体，所述本体正面设有液晶显示屏，所述液晶显示屏下部设有键盘，所述键盘为四行三列12键键盘矩阵，所述液晶显示屏上部设有双色指示灯，所述本体背面下部设有电池仓，所述本体底部设有USB口，所述本体顶部设有射频天线；所述本体内部设有第二控制电路板，所述第二控制电路板包括第二无线传输单元、第二数字处理单元、指示灯单元、显示单元、按键输入单元、存储单元和USB通信单元；所述第二无线传输单元和所述射频天线电连接，所述第二数字处理单元通过所述第二无线传输单元接收所述采集器发送的数据并进行处理，同时所述第二数字处理单元通过所述第二无线传输单元将采集指令发送给所述采集器，所述第二数字处理单元处理好的数据送入所述显示单元和所述存储单元；所述指示灯单元与所述双色指示灯电连接，用于指示所述手持终端与所述采集器的连接情况和数据传输完成情况；所述显示单元与所述液晶显示屏电连接，将所述第二数字处理单元处理好的数据通过所述液晶显示屏进行实时显示；所述存储单元对处理好的数据进行本地保存；所述按键输入单元与所述键盘电连接，对测试参数进行修改和设定；所述USB通信单元与所述USB口电连接，所述第二数字处理单元通过所述USB通信单元将数据上传给上位机；

所述信号调理单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、电位器、第一～第三电容和第一～第九电阻，其中所述第一运算放大器选用AD620AN，所述第二和第三运算放大器选用OP07AN；

所述键盘输入单元包括键盘扫描芯片、键盘、第一晶振、第四～第六电容和第十～第十六电阻，其中所述键盘扫描芯片选用ZLG7289，所述键盘为四行三列12键键盘矩阵；

所述存储单元包括EEPROM存储器、第十七和第十八电阻，其中所述EEPROM存储器选用24C02；

所述USB通信单元包括USB接口芯片、USB连接器、第二晶振、发光二极管、第一二极管、第七～第十二电容和第十九～第二十三电阻，其中所述USB接口芯片选用CH375，所述第十二电容为电解电容。

2.根据权利要求1所述的一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：所述振动检测单元选用Mini-Sensor三轴压电加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：所述第一数字处理单元和所述第二数字处理单元均选用单片机MSP430F135。

4.根据权利要求1所述的一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：所述第一无线传输单元和所述第二无线传输单元均选用无线数据传输模块SV610。

5.根据权利要求1所述的一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：所述显示单元选用液晶模块LCD12864。

6.根据权利要求1所述的一种风机叶片振动检测装置，其特征在于：所述采集器采用风机电源供电，所述手持终端采用锂电池供电。