一種高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種油流速度測量裝置，尤其涉及一種對管道中流速突變的絕緣油進(jìn)行高動態(tài)響應(yīng)測量的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]油浸式電力變壓器和電抗器是目前電力系統(tǒng)廣泛使用的高壓設(shè)備，氣體繼電器保護(hù)也稱重瓦斯保護(hù)則是油浸式電力變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)最重要的一種保護(hù)措施。近年來各電力企業(yè)時(shí)常發(fā)生由于油浸式電力變壓器本體瓦斯保護(hù)誤動而引起變壓器跳閘的故障，使電力系統(tǒng)和變壓器可靠性運(yùn)行水平和電力用戶供電可靠性都受到影響。鑒于瓦斯保護(hù)裝置對反映變壓器繞組匝間短路或內(nèi)部絕緣電弧的故障高度靈敏性和重要作用，一旦誤動必須徹底查清誤動原因，油浸式電力變壓器本體無故障后方可投運(yùn)，從而增加了大量現(xiàn)場工作，因此必須采取措施杜絕瓦斯保護(hù)誤動。
[0003]油浸式電力變壓器中瓦斯繼電器的重瓦斯保護(hù)是依靠變壓器本體內(nèi)部的絕緣油向油枕涌動實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)變壓器箱體內(nèi)壓力升高時(shí)，絕緣油向油枕涌動時(shí)將沖擊瓦斯繼電器內(nèi)部的擋板，當(dāng)達(dá)到一定速度，擋板承載壓力超過整定值設(shè)置壓力時(shí)，觸點(diǎn)閉合。由此可見，管道內(nèi)的絕緣油流速情況直接反應(yīng)了瓦斯繼電器擋板所承受油流壓力的大小，絕緣油流的流速大小和擋板壓力成比例關(guān)系，因此，對研宄管道油流速度的大小有很重要的意義，它對解決在現(xiàn)場應(yīng)用中某些瓦斯誤動，重瓦斯整定值的設(shè)置非常有幫助。
[0004]超聲波流速計(jì)是利用超聲波換能器產(chǎn)生超聲波在測量介質(zhì)中傳播，來檢測被測介質(zhì)流體對波束傳輸時(shí)間的影響來達(dá)到檢測目的的一種檢測設(shè)備。目前以超聲波為原理的流量計(jì)種類很多，技術(shù)也比較成熟，他們都具有流速測量功能，通過與測量管徑換算成流量，這些流量計(jì)大都采用時(shí)差法原理，但根據(jù)時(shí)間差的測量方法的不相同，又細(xì)分為多脈沖時(shí)差法、頻差法、相位差法等，還有使用專用時(shí)間測量芯片測時(shí)間的。這些測量方法的不同最終都?xì)w結(jié)為對時(shí)間差的測量的不同，因?yàn)槿绻魉儆?jì)要達(dá)到足夠的測量精度，就需要對事件時(shí)間間隔有足夠的分辨率，就是說要能測的準(zhǔn)更小的時(shí)間，常規(guī)的應(yīng)用場合中，超聲波測量的傳遞距離大都在200mm以內(nèi)，聲速在1400m/s左右。如果要達(dá)到千分之五的精度，就需要測量系統(tǒng)對時(shí)間的分辨率要達(dá)到1ps左右。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，能夠?qū)τ徒诫娏ψ儔浩鞅倔w管道中的絕緣油流進(jìn)行高動態(tài)響應(yīng)的油流速信號采集，能夠保證超聲波信號在發(fā)出但未通過連接管道和流體時(shí)相位完全一致，使被測數(shù)據(jù)有最小的固有誤差，避免現(xiàn)有采用單聲道的流速計(jì)時(shí)需要頻繁切換收發(fā)傳感器的缺陷；本實(shí)用新型所采集的信號存儲于處理模塊內(nèi)，能夠?yàn)楹罄m(xù)的分析提供技術(shù)支持，為解決浸式電力變壓器的瓦斯誤動和重瓦斯整定值的設(shè)置提供幫助。
[0006]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，包括通過Z法安裝在管道兩側(cè)的兩套相同的超聲波換能器裝置，兩套超聲波換能器裝置的驅(qū)動信號輸入端連接同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置，兩套超聲波換能器裝置的信號輸出端分別連接處理裝置的信號輸入端，所述的處理裝置包括分別連接兩套超聲波換能器裝置信號輸出端的第一濾波模塊和第二濾波模塊，第一濾波模塊通過第一運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，第二濾波模塊通過第二運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接處理模塊的信號輸入端，處理模塊的信號輸出端連接顯示模塊。
[0008]所述第一濾波模塊和第二濾波模塊采用低通濾波器。
[0009]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0010]所述處理模塊的信號輸入端連接按鍵輸入模塊。
[0011]本實(shí)用新型采用超聲波原理，利用Z法安裝在管道兩側(cè)的兩套相同的超聲波換能器裝置實(shí)現(xiàn)雙聲道同步測量，兩套超聲波換能器裝置的驅(qū)動信號由同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置發(fā)送，能夠保證超聲波信號在發(fā)出但未通過連接管道和流體時(shí)相位完全一致，使被測數(shù)據(jù)有最小的固有誤差，避免現(xiàn)有采用單聲道的流速計(jì)時(shí)需要頻繁切換收發(fā)傳感器的缺陷，克服了非同步測量正反兩方向流速信號的微小時(shí)間差所存在的弊端。本實(shí)用新型中單次測量計(jì)算周期在1ms內(nèi)，采樣數(shù)據(jù)輸出速度大于每秒鐘100次，與普通的超聲波流速計(jì)相比在實(shí)時(shí)性和轉(zhuǎn)換速度上有很大的提高，通過高采樣速度實(shí)現(xiàn)對故障期內(nèi)油流變化過程的動態(tài)撲捉，具有動態(tài)響應(yīng)高、采樣時(shí)間短和采樣率高的優(yōu)點(diǎn)，為解決浸式電力變壓器的瓦斯誤動和重瓦斯整定值的設(shè)置提供幫助。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，包括通過Z法安裝在管道I兩側(cè)的兩套相同的超聲波換能器裝置2，兩套超聲波換能器裝置2的驅(qū)動信號輸入端連接同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置3，兩套超聲波換能器裝置2的信號輸出端分別連接處理裝置的信號輸入端，所述的處理裝置包括分別連接兩套超聲波換能器裝置2信號輸出端的第一濾波模塊4和第二濾波模塊5，第一濾波模塊4通過第一運(yùn)算放大器6連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8的第一輸入端，第二濾波模塊5通過第二運(yùn)算放大器7連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8的第二輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8的信號輸出端連接處理模塊9的信號輸入端，處理模塊9的信號輸出端連接顯示模塊10，處理模塊9的信號輸入端連接按鍵輸入模塊。本實(shí)施例中，驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置3可采用超聲波驅(qū)動電路；驅(qū)動信號采用IMHz標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，幅度大約1V左右。正弦信號產(chǎn)生過程為:首先由晶振分頻產(chǎn)生IMHz方波，然后將IMHz方波注入低通濾波器，最后由LT1026驅(qū)動產(chǎn)生1V左右正弦信號。第一濾波模塊4和第二濾波模塊5可米用低通濾波器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8采用同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如ADI公司的AD6659。處理模塊9可采用TI公司DSP器件，如DSP28335。
[0015]本發(fā)明中，兩套相同的超聲波換能器裝置2內(nèi)部均集成有超聲波接受和發(fā)射兩部分，由于變壓器本體與油枕之間的連接管道I 一般為DN80管徑，所以在安裝超聲波換能器裝置2時(shí)選用Z法安裝，Z法安裝屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)。如圖1所示，Z法安裝在連接管道I兩側(cè)的超聲波換能器裝置2同時(shí)發(fā)出同頻同相的超聲波信號，超聲波信號在連接管道I中傳遞并攜帶流速信息到達(dá)對面設(shè)置的超聲波換能器裝置2，并由對面設(shè)置的超聲波換能器裝置2接收還原為電信號。分別設(shè)置在連接管道I兩側(cè)的超聲波換能器裝置2既能發(fā)出超聲波又能接受超聲波，這樣能夠保證發(fā)出的超聲波在順流和逆流時(shí)有幾乎一致的傳輸路徑。在測量時(shí)兩套超聲波換能器裝置2由同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置3驅(qū)動，超聲波信號順流和逆流是同時(shí)傳遞的，能夠保證超聲波傳遞從出發(fā)點(diǎn)開始傳輸時(shí)，兩路超聲波是同相位的。這樣，再通過對兩套超聲波換能器裝置2接收的電信號進(jìn)行同步采樣，能夠確保兩個(gè)電信號只有流速引起的相位差異。本發(fā)明中兩套超聲波換能器裝置2分別還原出所接收的兩路帶有流速信息的電信號，由于順流逆流傳輸?shù)脑?，將會?dǎo)致兩路電信號的相位差異，兩路電信號除相位有差異外其他信息均相同。雖然也存在固有的由傳輸路徑的引起的差異，但可以通過算法進(jìn)行修正，無需像采用單聲道的流速計(jì)時(shí)需要頻繁切換收發(fā)傳感器以獲得順流逆流數(shù)據(jù)。
[0016]兩套超聲波換能器裝置2所還原出的兩路電信號，一路為順流超聲電信號，另外一路為逆流超聲電信號。如圖1所示，為削弱噪聲信號對被測信號影響，還原的兩路電信號分別進(jìn)入第一濾波模塊4和第二濾波模塊5，濾波模塊采用sallen-key拓?fù)浼軜?gòu)的低通濾波器，能夠?yàn)V除高頻分量，保證了后續(xù)的處理電路不受混疊效應(yīng)的影響，后續(xù)處理中通過DFT算法能計(jì)算出精確的相位信息。本發(fā)明設(shè)置有模擬濾波器，根據(jù)驅(qū)動信號的頻率特性，第一濾波模塊4和第二濾波模塊5輸出的電信號分別通過第一運(yùn)算放大器6和第二運(yùn)算放大器7進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8采用同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如ADI公司的AD6659，具有12位的分辨率和兩路獨(dú)立的轉(zhuǎn)換通道，最大轉(zhuǎn)換速率可達(dá)80MSPS，采樣速率可調(diào)，模擬輸入帶寬可到700MHZ，輸入電壓范圍可達(dá)2Vp-p的差分信號，可以很好地滿足系統(tǒng)需求。
[0017]兩路電信號使用同步采樣的方法完成采樣，采樣控制由處理模塊9實(shí)現(xiàn)，保證對兩路電信號等間隔分頻，減小由頻譜泄露造成的計(jì)算誤差，采樣時(shí)間和驅(qū)動信號的發(fā)出時(shí)間由GPS時(shí)間進(jìn)行同步，以保證本發(fā)明所述的油流速度測量裝置的系統(tǒng)時(shí)間與電力系統(tǒng)時(shí)間一致，這樣輸出數(shù)據(jù)可與采集的電壓電流或其他非電量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步比對。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，其特征在于:包括通過Z法安裝在管道兩側(cè)的兩套相同的超聲波換能器裝置，兩套超聲波換能器裝置的驅(qū)動信號輸入端連接同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置，兩套超聲波換能器裝置的信號輸出端分別連接處理裝置的信號輸入端，所述的處理裝置包括分別連接兩套超聲波換能器裝置信號輸出端的第一濾波模塊和第二濾波模塊，第一濾波模塊通過第一運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，第二濾波模塊通過第二運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接處理模塊的信號輸入端，處理模塊的信號輸出端連接顯示模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，其特征在于:所述第一濾波模塊和第二濾波模塊采用低通濾波器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，其特征在于:所述處理模塊的信號輸入端連接按鍵輸入模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高動態(tài)響應(yīng)的油流速度測量裝置，包括通過Z法安裝在管道兩側(cè)的兩套相同的超聲波換能器裝置，超聲波換能器裝置的驅(qū)動信號輸入端連接同一個(gè)驅(qū)動信號產(chǎn)生裝置，超聲波換能器裝置的信號輸出端分別連接處理裝置的信號輸入端，處理裝置包括第一濾波模塊和第二濾波模塊，第一濾波模塊通過第一運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，第二濾波模塊通過第二運(yùn)算放大器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接處理模塊的信號輸入端，處理模塊的信號輸出端連接顯示模塊。本實(shí)用新型具有動態(tài)響應(yīng)高、采樣時(shí)間短和采樣率高的優(yōu)點(diǎn)，為解決浸式電力變壓器的瓦斯誤動和重瓦斯整定值的設(shè)置提供幫助。
【IPC分類】G01P5/24
【公開號】CN204666653
【申請?zhí)枴緾N201420744709
【發(fā)明人】吳春紅, 趙文沛, 石光, 關(guān)延偉, 韓偉, 羅海冰, 趙勇, 趙軍, 楊海晶, 劉磊, 孔圣立, 馬偉東, 劉予丹, 沈強(qiáng), 王懿, 王心研
【申請人】國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 上海銥控自動化系統(tǒng)工程有限公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年12月3日