CN204255286U - 一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，包括模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器；模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器依次连接；所述的模拟信号采集模块包括电涡流传感器和振动传感器；模拟量输入调理电路包括作为前级电路的放大电路和作为后级电路的滤波电路；所述的滤波电路采用3个结构相同的滤波器串联而成。在水电机组的振动摆度数据采集方面，该装置检测精度高、易于实施、数据滤波效果好。

Description

一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置。

背景技术

目前各水电厂已经全面推广安装了机组振动摆度在线监测装置，受水电厂实行的“三年一小修、五年一大修”计划检修制度限制，机组振动摆度在线监测***所用的传感器难以实现每年一次的定期检验要求，而安装于现场的传感器长期运行中受阴湿环境、水压脉动、机组振动区等因素的影响，测量信号失真、测量数值不准确等问题时有发生，导致在线监测***难以获取机组当前运行状态的真实情况，电厂运行人员难以把握机组的振动摆度实际情形，严重影响机组运行决策。

各电厂急需一款适合水电厂特点的振动摆度数据校验装置。

因此，有必要设计一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，该用于水电机组的振动摆度数据采集装置检测精度高、易于实施、数据滤波效果好。

实用新型的技术解决方案如下：

一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，包括模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器；模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器依次连接；

所述的模拟信号采集模块包括电涡流传感器和振动传感器；

所述的电涡流传感器用于获取水电机组摆度信号，包括水电机组上导轴承 X/Y向水平摆度信号、下导轴承X/Y向水平摆度信号和下导轴承X/Y向水平摆度信号；

振动传感器用于获取水电机组振动信号，包括水电机组上机架X/Y向水平振动信号、上机架垂直向振动信号、下机架X/Y向水平振动信号、顶盖X/Y向水平振动信号、顶盖Z向垂直振动信号；

模拟量输入调理电路包括作为前级电路的放大电路和作为后级电路的滤波电路；

所述的滤波电路采用3个结构相同的二阶抗混叠滤波器串联而成；每一个滤波器的结构如下：

包括运算放大器(UA1A)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；滤波器的输入端经依次串接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)接运算放大器的同向输入端，运算放大器的同向输入端还经过第二电容接地；第一电容(C1)一端接第一电阻和第二电阻的连接点，另一端接滤波器的输出端；滤波器的输出端即运算放大器的输出端；运算放大器的反向输入端与运算放大器的输出端之间短接，构成电压跟随器。

所述的A/D转换器采用具有多个转换通道的AD7606型A/D转换器件，模拟量输入调理电路具有4路模拟信号接口，任意选择模拟信号采集模块采集的4路信号与该4路模拟信号接口对应连接。

所述的放大电路为基于运算放大器的放大倍数为0.5的放大电路。

有益效果：

本实用新型的用于水电机组的振动摆度数据采集装置，其中的模拟量输入调理电路对模拟量输入信号进行放大、滤波，调整输入信号幅值适应模拟信号采集模块ADC的需求。本实用新型的滤波电路截止频率可调节，三级串联具有更高的信号幅值衰减速率，能够有效滤除高频信号，防止水电厂高频噪声导致频率混叠现象发生。本实用新型，采用具有多个转换通道的A/D转换器，集成度高，采用运放构造滤波器和放大器，结构紧凑，滤波效果好，易于实施。

附图说明

图1为用于水电机组的振动摆度数据采集装置的结构框图；

图2为信号放大电路；

图3为低频滤波电路；

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-3，一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，包括模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器；模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器依次连接；

所述的模拟信号采集模块包括电涡流传感器和振动传感器；

所述的电涡流传感器用于获取水电机组摆度信号，包括水电机组上导轴承

X/Y向水平摆度信号、下导轴承X/Y向水平摆度信号和下导轴承X/Y向水平摆度信号；

振动传感器用于获取水电机组振动信号，包括水电机组上机架X/Y向水平振动信号、上机架垂直向振动信号、下机架X/Y向水平振动信号、顶盖X/Y向水平振动信号、顶盖Z向垂直振动信号；

模拟量输入调理电路包括作为前级电路的放大电路和作为后级电路的滤波电路；

所述的滤波电路采用3个结构相同的二阶抗混叠滤波器串联而成；每一个滤波器的结构如下：

包括运算放大器(UA1A)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；滤波器的输入端经依次串接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)接运算放大器的同向输入端，运算放大器的同向输入端还经过第二电容接地；第 一电容(C1)一端接第一电阻和第二电阻的连接点，另一端接滤波器的输出端；滤波器的输出端即运算放大器的输出端；运算放大器的反向输入端与运算放大器的输出端之间短接，构成电压跟随器。

所述的A/D转换器采用具有多个转换通道的AD7606型A/D转换器件，模拟量输入调理电路具有4路模拟信号接口，任意选择模拟信号采集模块采集的4路信号与该4路模拟信号接口对应连接。

所述的放大电路为基于运算放大器的放大倍数为0.5的放大电路。

数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从***外部采集数据并输入到***内部的一个接口。本实用新型的采集装置是电涡流传感器、振动传感器。利用传感器，将现场被测对象的机械量信号转换为电量信号，通过电缆传输给本实用新型所述的一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，再经过特定的4芯接口送到数据处理模块。模拟信号采集模块如图3所示。【AD7606是16位、8通道同步采样模数数据采集***(DAS)。这些器件内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型ADC、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。】所述AD7606实现图1所示4路模拟信号的AD转换与数据采集，所述4路模拟信号来自水电机组上机架X/Y向水平振动测点、上机架垂直向振动测点、顶盖X/Y向水平振动测点、顶盖Z向垂直振动测点、下导轴承X/Y向水平摆度测点、下导轴承X/Y向水平摆度测点振的任意4路信号。所述水轮发电机组上导轴承、下导轴承为水轮发电机大轴的径向约束部件。

所述模拟信号调理模块的主要功能是对传感器采集的模拟信号进行放大、滤波。传感器采集将机械信号转换为模拟电信号，模拟电信号经过调理模块放大后输出给信号滤波模块，滤波模块通过滤除模拟电信号噪声信号输出给信号采集模块。模拟信号放大电路如图2所示，滤波电路如图3所示。

本实用新型所述的模拟信号调理模块采用双通道运算放大器的1个通道进行运放；信号采集设备采用±12V供电，灵敏度8mV/μm的电涡流传感器和低频振动传感器信号，最大信号输出电压为8V，需将其放大至5V之间的模拟信号，故需对输入信号进行1/2倍放大。所述电涡流传感器主要获取水电机组摆度信号，包括 水电机组上导水平向X/Y摆度信号、下导水平向X/Y摆度信号；所述振动传感器主要获取水电机组振动信号，主要包括水电机组上机架X/Y向水平振动信号、上机架垂直向振动信号、顶盖X/Y向水平振动信号、顶盖Z向垂直振动信号。

本实用新型所述的模拟信号调理模块需要对采集的信号进行低通有源滤波，滤波截止频率设为200Hz，每一通道采用3个双输入运算放大器串联实现6阶抗混滤波。串联的3个运放中任一个运算放大器实现2阶抗混叠滤波，详细电路见图3。电阻R2前端输入电压由两个支路提供，其中一路为电路输出Vo经过反馈电容C1提供，另一路为VIN经过R1提供，两支路电源在R2前叠加，经过R2、C2构成的RC滤波电路输入给运算放大器的同相输入端，而运算放大器反相端为电压跟随器形式，正向输入电压与输出Vo大小相等、方向相同；根据叠加原理及RC滤波电路传递函数可以得到图3所述电路的传递函数：

$G\left(s\right)=\frac{\frac{1}{R_1{R}_2{C}_1{C}_2}}{S^2+S\frac{[R_2{C}_2+R_1{C}_2]}{R_1{R}_2{C}_1{C}_2}+\frac{1}{R_1{R}_2{C}_1{C}_2}}.$

该电路的突出优点是改变R2、C2数值可以调节滤波器截止频率，多级串联具有更高的信号幅值衰减速率，能够有效滤除高频信号，防止水电厂高频噪声导致频率混叠现象发生。

本实用新型提供的用于水电机组的振动摆度数据采集装置，通过传感器采集被测对象的数据，由电缆传输到数据信号调理模块，进行A/D转换后将数据传输到微处理器中进行进一步处理。

Claims (3)

1.一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置，其特征在于，包括模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器；模拟信号采集模块、模拟量输入调理电路和A/D转换器依次连接；

所述的模拟信号采集模块包括电涡流传感器和振动传感器；

所述的电涡流传感器用于获取水电机组摆度信号，包括水电机组上导轴承X/Y向水平摆度信号、下导轴承X/Y向水平摆度信号和下导轴承X/Y向水平摆度信号；

振动传感器用于获取水电机组振动信号，包括水电机组上机架X/Y向水平振动信号、上机架垂直向振动信号、下机架X/Y向水平振动信号、顶盖X/Y向水平振动信号、顶盖Z向垂直振动信号；

模拟量输入调理电路包括作为前级电路的放大电路和作为后级电路的滤波电路；

所述的滤波电路采用3个结构相同的二阶抗混叠滤波器串联而成；每一个滤波器的结构如下：

包括运算放大器(UA1A)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；滤波器的输入端经依次串接的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)接运算放大器的同向输入端，运算放大器的同向输入端还经过第二电容接地；第一电容(C1)一端接第一电阻和第二电阻的连接点，另一端接滤波器的输出端；滤波器的输出端即运算放大器的输出端；运算放大器的反向输入端与运算放大器的输出端之间短接，构成电压跟随器。

2.根据权利要求1所述的用于水电机组的振动摆度数据采集装置，其特征在于，所述的A/D转换器采用具有多个转换通道的AD7606型A/D转换器件，模拟量输入调理电路具有4路模拟信号接口，任意选择模拟信号采集模块采集的4路信号与该4路模拟信号接口对应连接。

3.根据权利要求1所述的用于水电机组的振动摆度数据采集装置，其特征在于，所述的放大电路为基于运算放大器的放大倍数为0.5的放大电路。