一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，包括电涡流传感器，电涡流传感器安装于汽轮机缸壁上，电涡流传感器通过三同轴电缆与采集模块箱连接，采集模块箱通过BNC线缆与处理模块箱连接；电涡流传感器将采集到的汽轮机叶片的信息转换成电信号通过三同轴电缆传输至采集模块箱中的采集模块中；采集模块将电信号转换成相应脉冲信号通过BNC线缆传至处理模块箱中的处理模块，处理模块对脉冲信号进行处理，得到相应的电压数据，并对电压数据进行计算，得到汽轮机叶片中相应的间隙、振动和温度数据；之后将上述数据传输给总控模块，总控模块接收到处理模块传输的数据后，对数据进行甄别和预警，并通过DEH总线将数据传出。

An embedded health monitoring system for turbine blades

The invention discloses an embedded turbine blade health monitoring system, which comprises an eddy current sensor, which is installed on the cylinder wall of the turbine, the eddy current sensor is connected with the acquisition module box through a triaxial cable, and the acquisition module box is connected with the processing module box through a BNC cable; the eddy current sensor converts the collected information of the turbine blade into an electrical signal through a triaxial cable The coaxial cable is transmitted to the acquisition module in the acquisition module box; the acquisition module converts the electrical signal into the corresponding pulse signal and transmits it to the processing module in the processing module box through the BNC cable. The processing module processes the pulse signal to obtain the corresponding voltage data, and calculates the voltage data to obtain the corresponding clearance, vibration and temperature data in the turbine blades; then The above data is transmitted to the main control module. After receiving the data transmitted by the processing module, the main control module will screen and warn the data, and transmit the data through the DEH bus.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统
本专利技术属于汽轮机叶片监测领域，特别是关于一种基于嵌入式的多参数共同测量的综合叶片健康监测系统。
技术介绍
目前汽轮机领域对于汽轮机运行监测的主要方法是对叶片振动进行监测。通过分析提取振动信号的时域和频域特征，测得叶片的振动数据，实现汽轮机运行状态的监测和故障诊断。基于振动监测的预警保护系统已经成为大型汽轮发电机组的标准配置，振动信号分析诊断系统在许多机组上实际应用。但是这种保护系统只测量了叶片振动这一个参数信息，具有一定的局限性，无法同时对多个参数进行测量，无法对叶片进行整体的评估。目前的叶片健康监测系统都需要再配备一台计算机来接收并处理数据，安全性和抗干扰性低，安装麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，本专利技术主要解决的技术问题是：(1)克服现有技术中只测量叶片振动信息的缺点，同时测量叶片间隙、振动、温度等多个参数信息，且温度、间隙、振动数据可以相互补偿修正。(2)使用了嵌入式技术，安全性、稳定性和抗干扰性提高，模块体积减小，安装更加便捷，无需再增加计算机来进行监控。(3)拓展性强，测量模块数量没有具体要求，可使用多个测量模块来同步测量叶片相关信息和传输数据，使测量数据更准确。为此本专利技术提供一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，通过可同时测量汽轮机叶片间隙、振动和温度参数的电涡流传感器，实现对汽轮机叶片的间隙、振动、温度参数的实时同步采集和处理。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，包括电涡流传感器，所述电涡流传感器安装于汽轮机缸壁上用于采集汽轮机叶片信息，电涡流传感器通过三同轴电缆与采集模块箱连接，采集模块箱通过BNC线缆与处理模块箱连接，所述采集模块箱内设置有采集模块，所述处理模块箱内设置有处理模块和总控模块；电涡流传感器将采集到的汽轮机叶片的信息转换成电信号通过三同轴电缆传输至采集模块箱中的采集模块中；采集模块将电信号转换成相应脉冲信号通过BNC线缆传至处理模块箱中的处理模块，所述处理模块对脉冲信号进行处理，得到相应的电压数据，并对电压数据进行计算，得到汽轮机叶片中相应的间隙、振动和温度数据；之后将上述数据传输给总控模块，总控模块接收到处理模块传输的数据后，对数据进行甄别和预警，并通过DEH总线将数据传出。进一步的，所述处理模块内设置有高速存储卡，处理模块将处理后得到的汽轮机叶片中相应的间隙、振动和温度数据存入高速存储卡中。进一步的，所述采集模块包括两类，第一类采集模块中包括第一AD采集芯片、第一MCU和第一通讯转换芯片，第一AD采集芯片将采集到的信号传输至第一MCU中，第一MCU对信号处理后通过第一通讯转换芯片将数据传出；第二类采集模块中包括第二AD采集芯片、FPGA、第二MCU和第二通讯转换芯片，第二AD采集芯片将采集到的信号传输至FPGA中，FPGA对信号处理后通过FSMC通讯总线传输至第二MCU；第二MCU通过第二通讯转换芯片将数据传出。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)突破现有叶片监测系统只采集叶片振动信息现状，本专利技术采用了一种新型电涡流传感器，能采集和监控叶片振动、间隙、温度等多个信息，并可以相互补偿提高精度。(2)与其他监控系统采用的传感器不同，本专利技术采用了电涡流传感器，可以在水蒸气环境下进行测量，改善了现有叶片监控系统无法在水蒸气环境下稳定监控以及传感器易失灵的问题。(3)本专利技术将所有采集模块接入同一块背板上，并使用相同的晶振时钟，实现实时同步采集处理，多个采集模块实时监控叶片的各个信息。(4)本专利技术使用了CAN通讯协议，可在不影响原有采集模块和处理模块的基础上添加新的采集模块和处理模块，拓展性强，采集模块和处理模块的数量没有限制。(5)本专利技术使用嵌入式的技术，处理程序直接写入模块中，结构简单，体积小巧，无需再使用计算机，避免了计算机被侵入的危险以及计算机本身系统的影响，稳定性、安全性和抗干扰能力增强，系统体积减小，安装便捷。附图说明图1是本专利技术监测系统的总体框架结构示意图。图2是本专利技术系统工作的总体流程图。图3是本专利技术中处理模块组的工作流程框架示意图。图4是本专利技术中第一类采集模块的工作流程框架示意图。图5是本专利技术中第二类采集模块中的工作流程框架示意图。图6是电涡流传感器与采集模块和处理模块工作流程图，每支传感器可以使用多个采集模块同时采集数据。图7是漏电阻和漏电容的大致温度曲线。图8是间隙值与电压关系大致曲线。图9是间隙和振动变化电压与温度关系大致曲线。图10是漏电容和漏电阻的两端电压值与温度的关系图。附图标记：1-汽轮机叶片，2-汽轮机缸壁，3-电涡流传感器，4-采集模块箱，5-采集模块，6-处理模块箱，7-处理模块，8-总控模块，9-三同轴电缆，10-BNC线，11-DEH总线，12-高速存储卡，13-CAN通讯总线，14-十六位精度AD采集芯片，15-MCU，16-通讯转换芯片，17-二十四位精度AD采集芯片，18-FPGA，19-FSMC通讯总线，20-MCU具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，采用的技术方案是：电涡流传感器3采集汽轮机叶片1相关参数信息，采集模块5同步收集电涡流传感器采集的信息并传给处理模块7，处理模块7对相关数据进行处理，处理后的数据通过通讯总线传出，见图1和图2，具体包括下述内容：第一步是确定叶片健康监测系统的总体框架。系统总体方案框图主要由汽轮机叶片1、汽轮机缸壁2、电涡流传感器3、采集模块箱4、处理模块箱6组成。第二步是确定嵌入式模块数据同步传输方式和程序架构。数据收集模块和数据处理模块使用了嵌入式技术，多个采集模块一起插在背板上，背板上设有晶振时钟，使得各模块可以同步采集并上传数据；同时处理模块也使用此设计方法。总控模块通过通讯总线与所有处理模块进行通讯，将接受到的数据再通过通讯总线传出。主要过程为：电涡流传感器3采集汽轮机叶片1相关信息，转换成电信号通过三同轴电缆9传输给采集模块箱4中的采集模块5中；采集模块5将电信号转换成相应脉冲通过BNC线缆10传到处理模块箱6中的处理模块7，处理模块7对脉冲进行处理，得到相应的电压数据，再对电压数据进行计算，得到相应的间隙、振动和温度数据；与此同时，处理模块7还将处理后的数据存入模块内的高速存储卡12中，并通过CAN通讯总线13将数据传入总控模块8中，见图3，总控模块8接收到各处理模块7的数据后，对数据进行分析处理，根据所设定的参数来预警，并通过DEH总线11将所测得数据传出。见图4和图5，本实施例中，采集模块5存在两类，第一类采集模块中十六位精度AD采集芯片14采集信号，将信号传入MCU15中，MCU15对信号处理后，通过通讯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，包括电涡流传感器，其特征在于，所述电涡流传感器安装于汽轮机缸壁上用于采集汽轮机叶片信息，电涡流传感器通过三同轴电缆与采集模块箱连接，采集模块箱通过BNC线缆与处理模块箱连接，所述采集模块箱内设置有采集模块，所述处理模块箱内设置有处理模块和总控模块；电涡流传感器将采集到的汽轮机叶片的信息转换成电信号通过三同轴电缆传输至采集模块箱中的采集模块中；采集模块将电信号转换成相应脉冲信号通过BNC线缆传至处理模块箱中的处理模块，所述处理模块对脉冲信号进行处理，得到相应的电压数据，并对电压数据进行计算，得到汽轮机叶片中相应的间隙、振动和温度数据；之后将上述数据传输给总控模块，总控模块接收到处理模块传输的数据后，对数据进行甄别和预警，并通过DEH总线将数据传出。/n

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式汽轮机叶片健康监测系统，包括电涡流传感器，其特征在于，所述电涡流传感器安装于汽轮机缸壁上用于采集汽轮机叶片信息，电涡流传感器通过三同轴电缆与采集模块箱连接，采集模块箱通过BNC线缆与处理模块箱连接，所述采集模块箱内设置有采集模块，所述处理模块箱内设置有处理模块和总控模块；电涡流传感器将采集到的汽轮机叶片的信息转换成电信号通过三同轴电缆传输至采集模块箱中的采集模块中；采集模块将电信号转换成相应脉冲信号通过BNC线缆传至处理模块箱中的处理模块，所述处理模块对脉冲信号进行处理，得到相应的电压数据，并对电压数据进行计算，得到汽轮机叶片中相应的间隙、振动和温度数据；之后将上述数据传输给总控模块，总控模块接收到处理模块传输的数据后，对数据进行甄别和预警，并通过DEH总线将数据传出。
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳佳，马雨岚，段发阶，叶德超，李杨宗，程仲海，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12