一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法，将原始信号一分为二，分为两路进行信号处理，一路信号处理直流分量，另一路信号处理交流分量；直流分量处理回路，经信号放大器调整到模数转换器输入的幅值后，进行模数转换，将规范后的模拟信号转换为原始数字量，送CPU系统，经计算后得出输入信号的直流分量；交流分量处理回路，将输入信号与CPU计算并经D/A转换器产生的直流分量信号进行相加处理，以消除信号中的直流分量，交流分量经过二次放大，调整到模数转换器输入的数值后，将模拟量转化为数字量，送CPU系统，经计算得到振动信号；本发明专利技术可有效提高振动参数的测量精度，不影响交流信号的时域，也不会使交流信号产生相移。相移。相移。

【技术实现步骤摘要】
一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法及系统
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][0001]本专利技术属于汽轮机监视保护仪表
，具体地说是一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法及系统。
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技术介绍
][0002]汽轮机监视保护仪表(Turbine Supervisory Instruments，简称TSI仪表)，是确保汽轮机安全运行的关键设备之一。TSI仪表需要监测和保护的参数信号很多，常用的测量参数有：振动(包括轴承振动、相对振动)、轴向位移、胀差、偏心、转速、零转速、键相、汽缸膨胀、油动机行程、同步器行程等。在这么多的测量参数中，振动信号的监视保护占了整个TSI仪表的70～80％左右，所以许多用户将TSI仪表称之为振动保护仪表，可见振动测量在TSI仪表中所占的地位，如何提高振动监视保护仪表的测量精度显得尤为重要。
[0003]振动参数的测量包含轴承振动和相对振动的测量，轴承振动测量可以选择使用的传感器有：磁电式传感器和压电式传感器二类，相对振动使用的传感器有涡流式位移传感器，由于传感器测量原理的不同，所以传感器的输出信号也不一样。磁电式传感器的输出信号特点：在零位电压上叠加一个交流信号，用数学公式描述为：0V+AC，通常交流信号(AC)的信号范围为：0～700mV RMS；压电式传感器的输出信号特点：在正直流电压上叠加一个交流信号，用数学公式描述为：+DC+AC；通常直流信号(+DC)的信号范围为：+10VDC～+14VDC，交流信号(AC)的信号范围为：0～200mV RMS；涡流式位移传感器的输出信号特点：在负直流电压上叠加一个交流信号，用数学公式描述为：
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DC+AC；通常直流信号(
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DC)的信号范围为：
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10VDC～
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14VDC，交流信号(AC)的信号范围为：0～2V RMS；但只有传感器输出的交流部分(AC)才是反映振动参数大小的信号，振动参数的大小与直流信号无关，也就是在振动监视器进行信号处理时仅需要处理交流信号。
[0004]传统的振动监视器采用阻容隔直电路所构成的回路方式来实现，这种方案的处理电路比较简单，但测量精度较低，尤其对低频交流信号和小信号，其测量精度已经不能满足用户对振动测量的精度要求。
[0005]如图2所示，为传统的振动参数测量信号处理电路框图，传感器信号经输入信号保护回路后，进行信号的阻抗匹配，然后输入到有一个电容元件和一个电阻元件组成回路G1，利用电容元件的隔直传交特性，传感器的直流信号被阻隔在电容之前，不能通过，只有交流信号可以通过电容元件，输入到信号放大器G2，经信号放大、模数转换后，送CPU系统进行振动参数的测量。采用阻容元件所构成的隔直回路，虽然电路简单，但测量精度低。特别是低频交流信号，经过回路G1后，低频交流信号衰减较多，信号频率越低，信号衰减越大。由于电容元件的存在，还影响交流信号的时域，使交流信号产生相移，对后续的振动解析和诊断系统的信号处理带来了困难。
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技术实现思路
][0006]本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种提高振动监视仪表信号测量精
度的方法，可有效地提高振动参数的测量精度，能够在测量各种不同传感器输入信号时，都能具有很高的测量精度，且不影响交流信号的时域，也不会使交流信号产生相移，保留了原始信号所包含的丰富的振动信息。
[0007]为实现上述目的设计一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法，包括以下步骤：将传感器的原始输出信号输入至输入信号保护回路1，进行输入信号的保护电路处理，然后依次输入信号跟随器回路2和信号放大器G1回路3，对输入信号进行阻抗匹配后分为两路进行信号处理，其中的一路信号处理直流分量，另一路信号处理交流分量；直流分量处理回路中，将完整信号经信号放大器G4回路4调整后，输入到模数转换器回路一5进行模数转换，再输入到CPU系统回路6，经计算后得出输入信号的直流分量；交流分量处理回路中，将输入信号与CPU系统回路6计算并经直流基准电压回路10中D/A转换器产生的直流分量信号，同时输入到信号放大器G2回路7进行相加处理，以消除原始输入信号中的直流分量，然后将处理后的交流信号经信号放大器G3回路8二次放大后，输入到模数转换器回路二9进行模数转换，将模拟量转化为数字量，再输入到CPU系统回路6，经计算得到振动信号。
[0008]进一步地，所述输入信号保护回路1的输入端连接传感器信号，传感器信号通过差分输入的方式接入输入信号保护回路1，输入信号保护回路1用于对输入信号进行限流、限压，输入信号保护回路1对外接输入信号的限压范围为
±
24V，限流范围为30mA；信号跟随器回路2包含信号跟随器，信号跟随器用于阻抗匹配，信号跟随器提高输入阻抗以及降低输出阻抗。
[0009]进一步地，所述信号放大器G1回路3采用精密电阻对搭建分压采样电路，并将原始的传感器输入信号衰减至后续放大电路的输入信号范围，以使得所有传感器的输入信号都处于信号放大器的线性放大区域内，且阻性电路不会影响信号的时域以及不会对交流信号产生相移。
[0010]进一步地，所述信号放大器G4回路4包含信号放大器G4，信号放大器G4连接CPU系统回路6，信号放大器G4的放大倍数由CPU系统控制，CPU系统回路6根据输入信号的幅值大小，自适应地调整放大器的放大倍数，并将输入信号调整到模数转换器回路一5输入的最佳幅值；模数转换器回路一5采用18位的ADC模数转换芯片完成模数转换，将规范后的模拟信号转换为原始数字量，并送CPU系统进行信号处理。
[0011]进一步地，所述CPU系统回路6为以CPU芯片为中心所构成的计算机系统，CPU系统回路6完成数据采集、计算、控制和输出。
[0012]进一步地，所述信号放大器G2回路7包含信号放大器G2，信号放大器G2采用一片高精度程控仪表放大器，其数字可控增益范围为1/8～128，信号放大器G2为相加放大器，将输入信号与经D/A转换后的直流分量信号，同时输入到相加放大器进行相加处理，消除信号中的直流分量进而隔离直流信号，信号放大器G2的放大倍数由CPU系统控制，CPU系统控制根据输入信号的大小自适应地调整放大器的放大倍数。
[0013]进一步地，所述信号放大器G3回路8包含信号放大器G3，信号放大器G3采用一片高精度仪表放大器，采用一片低温漂的数字电位器来调整增益，其放大范围为1.5～128倍，信号放大器G3的放大倍数由CPU系统控制，CPU系统控制根据输入信号的幅值自适应地调整放大器的放大倍数，信号放大器G3将输入信号调整到模数转换器回路二9输入的最佳幅值。
[0014]进一步地，所述模数转换器回路二9采用18位的ADC模数转换芯片完成模数转换，
将规范后的模拟信号转换为交流信号的原始数字量，并送CPU系统进行信号处理，得到振动参数的测量值。
[0015]进一步地，所述直流基准电压回路10的直流基准电压数据来自于CPU系统计算得到的输入信号的直流分量值，CPU系统采集直流分量回路的数据，经过计算处理后输出传感器信号中的直流信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：将传感器的原始输出信号输入至输入信号保护回路(1)，进行输入信号的保护电路处理，然后依次输入信号跟随器回路(2)和信号放大器G1回路(3)，对输入信号进行阻抗匹配后分为两路进行信号处理，其中的一路信号处理直流分量，另一路信号处理交流分量；直流分量处理回路中，将完整信号经信号放大器G4回路(4)调整后，输入到模数转换器回路一(5)进行模数转换，再输入到CPU系统回路(6)，经计算后得出输入信号的直流分量；交流分量处理回路中，将输入信号与CPU系统回路(6)计算并经直流基准电压回路(10)中D/A转换器产生的直流分量信号，同时输入到信号放大器G2回路(7)进行相加处理，以消除原始输入信号中的直流分量，然后将处理后的交流信号经信号放大器G3回路(8)二次放大后，输入到模数转换器回路二(9)进行模数转换，将模拟量转化为数字量，再输入到CPU系统回路(6)，经计算得到振动信号。2.如权利要求1所述的提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于：所述输入信号保护回路(1)的输入端连接传感器信号，传感器信号通过差分输入的方式接入输入信号保护回路(1)，输入信号保护回路(1)用于对输入信号进行限流、限压，输入信号保护回路(1)对外接输入信号的限压范围为
±
24V，限流范围为30mA；信号跟随器回路(2)包含信号跟随器，信号跟随器用于阻抗匹配，信号跟随器提高输入阻抗以及降低输出阻抗。3.如权利要求1所述的提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于：所述信号放大器G1回路(3)采用精密电阻对搭建分压采样电路，并将原始的传感器输入信号衰减至后续放大电路的输入信号范围，以使得所有传感器的输入信号都处于信号放大器的线性放大区域内，且阻性电路不会影响信号的时域以及不会对交流信号产生相移。4.如权利要求1所述的提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于：所述信号放大器G4回路(4)包含信号放大器G4，信号放大器G4连接CPU系统回路(6)，信号放大器G4的放大倍数由CPU系统控制，CPU系统回路(6)根据输入信号的幅值大小，自适应地调整放大器的放大倍数，并将输入信号调整到模数转换器回路一(5)输入的最佳幅值；模数转换器回路一(5)采用18位的ADC模数转换芯片完成模数转换，将规范后的模拟信号转换为原始数字量，并送CPU系统进行信号处理。5.如权利要求1所述的提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于：所述CPU系统回路(6)为以CPU芯片为中心所构成的计算机系统，CPU系统回路(6)完成数据采集、计算、控制和输出。6.如权利要求1所述的提高振动监视仪表信号测量精度的方法，其特征在于：所述信号放大器G2回路(7)包含信号放大器G2，信号放大器G2采用一片高精度程控仪表放大器，其数字可控增益范围为1/8～128，信号放大器G2为相加放大器，将输入信号与经D/A转换后的直流分量信...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞为慈，黄元媛，章皓轩，屠勤，林宇，张明晖，
申请(专利权)人：核电运行研究上海有限公司，
类型：发明
国别省市：