一种传感器在线动态响应时间的测量方法技术

本发明专利技术涉及传感器的性能测试技术领域，具体公开了一种传感器在线动态响应时间的测量方法，包括测试装置，所述测试装置由信号隔离器、信号调节装置、数据采集装置和数据采集上位机组成，将现场工艺介质带有噪声的信号传递给待检传感器，传感器将机械信号转换为4

【技术实现步骤摘要】
一种传感器在线动态响应时间的测量方法


[0001]本专利技术涉及传感器的性能测试
，具体为一种传感器在线动态响应时间的测量方法。

技术介绍

[0002]压力、差压变送器是工业中应用最广泛的仪表，普遍用于工艺过程中压力、差压、流量和液位的测量，磁浮子液位计用于测量核电厂重要容器的液位。响应时间是压力、差压变送器和磁浮子液位计的一个重要性能指标。美国核管会发布的管理导则RG1.118规定应该定期进行安全系统响应时间测量，以核实从传感器到执行器操作等系统所有环节总的响应时间。
[0003]1E级压力、差压变送器和磁浮子液位计主要用于测量核电厂工艺系统的关键参数，参与核电厂控制和停堆专设保护的重要功能，但这些仪表在使用一段时间之后，其响应时间会存在降级的可能，而导致反应堆保护系统响应时间和专设安全设施响应时间超出限值。
[0004]传统的仪表响应时间测试一般在实验室中采用阶跃法完成，压力、差压变送器通过压力阶跃信号发生装置向变送器施加输入压力，通过测量变送器输出信号初始位置至某一定点的时间延迟来确定变送器的响应时间。磁浮子液位计通过示波器测量触发信号和被测仪表之间的时间差来确定液位计的响应时间，给测试和测量工作造成不便。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种传感器在线动态响应时间的测量方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种传感器在线动态响应时间的测量方法，包括测试装置，所述测试装置由信号隔离器、信号调节装置、数据采集装置和数据采集上位机组成，将现场工艺介质带有噪声的信号传递给待检传感器，传感器将机械信号转换为4
‑
20mA电流信号送入DCS机柜，通过引线从DCS机柜的取样电阻端子将4
‑
20mA电流转换对应的电压信号经过信号隔离器、信号调节装置后引入数据采集装置，信号调节装置包含高通滤波器、抗混叠滤波器，数据采集装置包含数据采集卡和辅助电源装置，数据采集装置将采集到的信号数据通过USB通讯方式送入数据采集上位机进行分析处理；
[0007]所述测试装置经过大量数据实验比对后得到的适用于压力、差压变送器和磁浮子液位计的机理模型为：
[0008][0009]其中，ω
n
为系统的固有频率或者无阻尼自然震荡频率,ξ为系统的阻尼系数；
[0010]具体的测试方法包括以下步骤：
[0011]S1、读取噪声信号；
[0012]S2、分段、滤波的数据预处理；
[0013]S3、信号质量判断：如果信号质量差，重新回到步骤S2中，再次对数据进行处理，如果信号质量好，可用于响应时间分析；
[0014]S4、然后选择离散傅立叶变换方法，获取信号功率谱密度分析；
[0015]S5、拟合曲线判断：对于采集的传感器信号，由于噪声和其它因素影响，与理论值不可能完全吻合，此时需要通过建立模型，根据不同的信号输入方式结合传递函数获得系统输出，并通过least
‑
square方法拟合函数优化参数，然后进行拟合曲线判断，如果拟合效果不佳，重回步骤S4中，再次进行选择；
[0016]S6、如果拟合效果良好，符合二阶模型，则进行响应时间判断；
[0017]S7、定义法判断系统响应时间：获得拟合函数后，使用系统定义法获得系统响应时间，即T2，且T2＝4/ξω
n
；
[0018]S8、最后输出仪表响应时间。
[0019]优选的，步骤S4中具体包括(1)直接法：是把随机序列x(n)的N个观测数据视为一能量有限的序列，直接计算x(n)的离散傅立叶变换，得X(k)，然后再取其幅值的平方，并除以N，作为序列x(n)真实功率谱的估计；(2)间接法：先由序列x(n)估计出自相关函数R(n)，然后对R(n)进行傅立叶变换，便得到x(n)的功率谱估计，其做法为首先对于噪声序列计算自相关函数，之后对于其自相关函数进行FFT运算，通过对于结果取幅值即可求取。
[0020]优选的，所述DCS机柜连接有压力、差压变送器或磁浮子液位计，当使用磁浮子液位计测量缺少信号波动的对象时，从外部引起被测信号波动，其中，电流
‑
压力转换器在工作时通过白噪声信号发生器驱动，可以将噪声以通过4
‑
20mA电流信号的方式叠加到储气罐的气体压力中，产生随机的压力噪声信号。
[0021]优选的，所述测试装置通过数据采集装置采集测试信号，当测试信号尤其是现场噪声信号受到外部噪声的干扰时，由于噪声信号本身较微弱，需要进行信号放大，之后在进行A/D转换前，再通过依次低通滤波将高频的电气噪声去除，同时，在进行信号分析前，通过逐段对噪声信号进行幅值谱分析，进行稳定性和线性特性的检查，对于有干扰的信号，可以进行分段处理，将异常信号删除。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：无需将压力、差压变送器和磁浮子液位计从工艺管线、工艺容器上拆卸，即实现原位测量；可在核电厂正常运行时，实时在线测量压力、差压变送器和磁浮子液位计，且不影响压力、差压变送器和磁浮子液位计的正常使用；通过本方法测得的响应时间，还包含压力、差压变送器仪表引压管的响应时间，可用于核电厂运行人员实时在线判断压力、差压变送器的性能降级状况；
附图说明
[0023]图1为本专利技术的传感器响应时间测试装置总体结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的噪声引入系统示意图；
[0025]图3为本专利技术的噪声引入装置示意图；
[0026]图4为本专利技术的功率谱密度拟合示意图；
[0027]图5为本专利技术的在线动态响应时间测试方法结构框图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]请参阅图1
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5，本专利技术提供一种技术方案：一种传感器在线动态响应时间的测量方法，包括测试装置，所述测试装置由信号隔离器、信号调节装置、数据采集装置和数据采集上位机组成，将现场工艺介质带有噪声的信号传递给待检传感器，传感器将机械信号转换为4
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20mA电流信号送入DCS机柜，通过引线从DCS机柜的取样电阻端子将4
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20mA电流转换对应的电压信号经过信号隔离器、信号调节装置后引入数据采集装置，信号调节装置包含高通滤波器、抗混叠滤波器，数据采集装置包含数据采集卡和辅助电源装置，数据采集装置将采集到的信号数据通过USB通讯方式送入数据采集上位机进行分析处理；
[0030]所述测试装置经过大量数据实验比对后得到的适用于压力、差压变送器和磁浮子液位计的机理模型为：
[0031][0032]其中，ω...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器在线动态响应时间的测量方法，其特征在于：包括测试装置，所述测试装置由信号隔离器、信号调节装置、数据采集装置和数据采集上位机组成，将现场工艺介质带有噪声的信号传递给待检传感器，传感器将机械信号转换为4
‑
20mA电流信号送入DCS机柜，通过引线从DCS机柜的取样电阻端子将4
‑
20mA电流转换对应的电压信号经过信号隔离器、信号调节装置后引入数据采集装置，信号调节装置包含高通滤波器、抗混叠滤波器，数据采集装置包含数据采集卡和辅助电源装置，数据采集装置将采集到的信号数据通过USB通讯方式送入数据采集上位机进行分析处理；所述测试装置经过大量数据实验比对后得到的适用于压力、差压变送器和磁浮子液位计的机理模型为：其中，ω
n
为系统的固有频率或者无阻尼自然震荡频率,ξ为系统的阻尼系数，s为拉普拉斯算子，K为比例因子；具体的测试方法包括以下步骤：S1、读取噪声信号；S2、分段、滤波的数据预处理；S3、信号质量判断：如果信号质量差，重新回到步骤S2中，再次对数据进行处理，如果信号质量好，可用于响应时间分析；S4、然后选择离散傅立叶变换方法，获取信号功率谱密度分析；S5、拟合曲线判断：对于采集的传感器信号，由于噪声和其它因素影响，与理论值不可能完全吻合，此时需要通过建立模型，根据不同的信号输入方式结合传递函数获得系统输出，并通过least
‑
square方法拟合函数优化参数，然后进行拟合曲线判断，如果拟合效果不佳，重回步骤S4中，再次进行选择；S6、如果拟合效果良好，符合二阶模型，则进行响应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡惟，王胜光，王旭，戚佳杰，叶腾达，陈航，王中立，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：