用于风力发电机的振动分析仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于风力发电机的振动分析仪，它由精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器、参数存储器、同步模数转换器和DSP处理器构成，通过精密MEMS加速传感器采集风机的振动信息，通过同步模数转换器将振动信息转换成DSP处理器能够识别的数据，通过DSP处理器进行数据运算、分析和处理，并通过串行通讯模块实时输出当前的各种振动数据信息，通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号给PLC或其他后续硬件，控制风电机组对超过设定阈值的振动情况采取相应措施，本实用新型专利技术的耐机械冲击能力强、控制精度高、响应时间快，且能实现倾角输出和频谱输出。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种振动分析仪，尤其是一种用于采集、分析风力发电机组的振动分析仪，属于电气控制

技术介绍
风力发电机组由于安装在比较高的塔筒顶部，离地高度通常都在70米以上，风力发电机组要承受风力和机组内主轴及发电机轴的旋转动能，这些都将造成风机的振动，如果振幅过大，必将给离地如此之高的风机带来不良影响，甚至是严重破坏，所以实时监测风机振动，并在振幅超过设定阈值时及时报警和进行智能化干预就显得尤为重要，振动分析仪的作用便是完成这项工作。现有技术的振动分析仪，都是采用ARM处理器进行数据计算和处理，ARM是一个高端的单片机，其优点是控制功能比较强，其不足之处是数学运算能力较弱，现有使用ARM处理器的振动分析仪，在数学运算和信号处理上存在不足，自身不能实现倾角计算和频谱计算功能，也无法实现对风机振动分析很有用处的倾角输出和频谱输出。同时，现有技术的振动分析仪，由于采用简单的数字输出型加速度传感器、缺少同步模数转换器等元器件，因此还存在采样效率低、双轴采集不同步、反应速度较慢，分辨率低，线性度较差等不足。
技术实现思路
为了克服上述不足，本技术提出一种用于风力发电机用振动分析仪，它由精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器、参数存储器、同步模数转换器和DSP处理器构成，通过精密MEMS加速传感器采集风机的振动信息，通过同步模数转换器进行高速采样并将振动信息转换成DSP处理器能够识别的数据，通过DSP处理器进行数据运算、分析和处理，并通过串行通讯模块实时输出当前的各种振动数据信息，通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号给PLC或其他后续硬件，控制风电机组对超过设定阈值的振动情况采取相应措施，本技术的耐机械冲击能力强、控制精度高、响应时间快，且能实现倾角输出和频谱输出。本技术解决其技术问题，所采用的技术方案是一种用于风力发电机的振动分析仪，包括精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器和参数存储器，其结构特点为振动分析仪的计算和控制系统采用了 DSP处理器，在DSP处理器的信号输入端还设置了同步模数转换器，同步模数转换器的输出端连接DSP处理器的输入端，同步模数转换器的输入端连接精密MEMS加速度传感器的输出端，精密MEMS加速度传感器的输入端采集风机的振动数据；参数存储器也连接在DSP处理器上，参数存储器与DSP处理器进行双向数据传输，DSP处理器的控制信号输出端连接光电隔离模块的输入端，光电隔离模块的输出端连接继电器的输入端，继电器的输出端连接PLC或其他后续硬件；DSP处理器的通讯信号输出端连接串行通讯模块的输入端，串行通讯模块的输出端连接风力发电机组的信号显示设备，DSP处理器将接收到的振动数据进行计算、处理和比对，然后通过串行通讯模块输出通讯信息，当比对超过设定阈值后，DSP处理器还将通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号。上述用于风力发电机的振动分析仪，所述DSP处理器为32位、内存不低于3 字节，带有SCI、SPI、MCBSP、CAN通讯总线的DSP数字信号处理器。与现有技术相比，本技术的有益效果是由于本技术所述的用于风力发电机的振动分析仪采用了 32位的DSP处理器，该处理器比现有技术采用的ARM处理器具有更强的数学运算和信号处理能力，能实现更复杂和更高精度的算法，便于本技术在DSP 处理器内置入倾角计算程序和频谱计算程序，能实现现有技术所不能实现的倾角及频谱的计算、处理和输出。风力发电机在安装时，风机各相关组件总是存在一个固定的安装角度，在经受长期的振动后，风机可能会逐渐发生倾斜，各相关组件之间也可能逐渐发生偏移，这种倾斜和偏移对风机的正常工作是有影响的，倾斜或偏移的量大了，就会对风机产生严重破坏，但这种倾斜和偏移往往是肉眼难以识别的，本技术通过倾角输出的方式来实现对风机倾斜及相关组件偏移的监测，通过精密MEMS加速度传感器监测到重力加速度分量，并计算该分量转化成倾角的角度值，然后通过串行通讯模块将其角度值显示到人机界面上，供用户适时了解。本技术还在DSP处理器内设定了风机及各相关组件正确的倾角值，当监测到的倾角值与设定的标准值的差异超出范围时，DSP处理器还将通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号给PLC或其他后续硬件，以控制风电机组对超过设定阈值的倾斜或偏移采取相应措施，预防事故发生。另外，风电机组在工作时，叶片在转动，带动主轴、变速箱、发电机等多个部件旋转，这众多的旋转部件都有各自的旋转速度，产生各自不同的频率，在正常的工况条件下， 这些频率都会处在各自的频谱范围内，但当某一部件发生故障时，对应频谱的幅值或者位置就会发生改变，偏离正常的范围，所以，监测各旋转部件的频谱，对尽量发现故障、预防事故具有重要意义，本技术通过在DSP处理器内嵌入了快速傅里叶变换算法，可以精确的测量和捕捉风机中处于本技术的频谱分析范围内各部件的频谱数据，然后通过串行通讯模块将其频谱图显示到人机界面上，供用户适时了解。本技术还可以在参数存储器内设定风机各运转部件在正常运转时的频谱范围值，当监测到的频率值超出设定的频谱范围值时，预示某一部份硬件可能出现了故障，DSP处理器将通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号给PLC或其他后续硬件，以控制风电机组采取相应措施，预防事故发生。以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。附图说明图1是本技术结构原理的示意框图；图2是本技术的系统结构框图；图3是本技术设置在DSP处理器内的HR滤波器的结构框图。具体实施方式如图1-3所示，本技术的第一种具体实施方式为一种用于风力发电机的振动分析仪，包括精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器和参数存储器、DSP处理器和同步模数转换器。本实施例的精密MEMS加速度传感器采用的基于MEMS的变容式核心的加速度计以及倾角仪芯片，该芯片能分别感知基于水平面的X通道和Y通道-IgHg的加速度以及-90° +90°的倾角，带宽为28Hz，满足风电机组的常见频率范围。而该芯片具有 0. 0025°的倾角输出分辨率与0. 0000278g的加速度输出分辨率，能满足风机振动、倾角的测量。该芯片具有模拟输出和数字输出的两种接口，其中模拟输出以2. 5V为0加速度(倾角)偏移量，2V/g(90° )的灵敏度；而数字输出能够提供11位精度的数字输出。芯片内部集成温度传感器，能够自行校正温度带来的影响。该芯片能够耐受IOOOOg的冲击，温度耐受范围为-40C +125° C。本实施例的同步模数转换器采用了 16位同步采样芯片，能够保证在低群延迟的基础上进行多通道同步的采样保持编码操作，能保证X，Y通道信号的同步特性。采样速率可达64KS/S，数字分辨率能达到0. 0000305g，基本同传感器的输出精度吻合，能够最大化的保留原始精度，该芯片具有内部的参考电压源和可编程增益放大器，通过对控制字的设定，能够适应不同量程、灵敏度的传感器，该芯片同时通过多通道缓冲串行口与处理器进行数字通讯。本实施例的计算和控制系统采用了 32位的DSP处理器，具有最高150MHz的工作频率，36K字节的内存，128K字节的FLASH空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于风力发电机的振动分析仪，包括精密ＭＥＭＳ加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器和参数存储器，其特征在于：振动分析仪的计算和控制系统采用了ＤＳＰ处理器，在ＤＳＰ处理器的信号输入端设置了同步模数转换器，同步模数转换器的输出端连接ＤＳＰ处理器的输入端，同步模数转换器的输入端连接精密ＭＥＭＳ加速度传感器的输出端，精密ＭＥＭＳ加速度传感器的输入端采集风机的振动数据；参数存储器也连接在ＤＳＰ处理器上，参数存储器与ＤＳＰ处理器进行双向数据传输，ＤＳＰ处理器的控制信号输出端连接光电隔离模块的输入端，光电隔离模块的输出端连接继电器的输入端，继电器的输出端连接ＰＬＣ或其他后续硬件；ＤＳＰ处理器的通讯信号输出端连接串行通讯模块的输入端，串行通讯模块的输出端连接风力发电机组的信号显示设备，ＤＳＰ处理器将接收到的振动数据进行计算、处理和比对，然后通过串行通讯模块输出通讯信息，当比对超过设定阈值后，ＤＳＰ处理器还将通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电机的振动分析仪，包括精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、 串行通讯模块、继电器和参数存储器，其特征在于振动分析仪的计算和控制系统采用了 DSP处理器，在DSP处理器的信号输入端设置了同步模数转换器，同步模数转换器的输出端连接DSP处理器的输入端，同步模数转换器的输入端连接精密MEMS加速度传感器的输出端，精密MEMS加速度传感器的输入端采集风机的振动数据；参数存储器也连接在DSP处理器上，参数存储器与DSP处理器进行双向数据传输，DSP处理器的控制信号输出端连接光电隔离模块的输入端，光电隔离模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泳林，苗强，张宇行，
申请(专利权)人：成都阜特科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90