一種風(fēng)機(jī)信號采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)機(jī)信號采集器。
【背景技術(shù)】
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[0002]近年來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，伴隨風(fēng)機(jī)單機(jī)容量和機(jī)艙體積逐漸增大，輪轂也隨之增高，風(fēng)機(jī)面臨的挑戰(zhàn)也日益增加，很容易發(fā)生多種機(jī)械故障或電氣故障，需經(jīng)常性維修。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期以來一直采用計劃維修的方式，即一般風(fēng)力機(jī)運(yùn)行2500h或5000h后進(jìn)行例行維護(hù)。這種維修方式不僅對風(fēng)電場檢測人員的勞動量消耗比較大，效率較低，危險性高，對檢測人員的職業(yè)技術(shù)有比較高的要求，而且無法全面及時的了解設(shè)備的運(yùn)行狀況；對出現(xiàn)的故障不能及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行維修，這樣造成檢修的成本升高。而事后維修會造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。因此，預(yù)知性維修被提上日程。
[0004]目前應(yīng)用的風(fēng)場監(jiān)測系統(tǒng)主要是綜合利用對風(fēng)電設(shè)備振動、溫度、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)信號進(jìn)行檢測分析。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障種類和類型多種多樣，僅憑振動、溫度、轉(zhuǎn)速等信號并不能對風(fēng)電設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行有效地檢測和準(zhǔn)確地識別，并且現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測指標(biāo)和檢測精度反映狀態(tài)能力有限，不能滿足故障監(jiān)測的要求，很難做到故障預(yù)測，遠(yuǎn)沒有達(dá)到客戶要求。
[0005]本發(fā)明主要應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)主要是針對兆瓦級的風(fēng)電機(jī)組的，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)開發(fā)較晚，從總體上來說，無論從理論上還是實(shí)際工程應(yīng)用上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)還處于初級階段，效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)機(jī)信號采集器。
[0007]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種風(fēng)機(jī)信號采集器，它包括傳感器信號調(diào)理模塊、信號采集處理模塊和數(shù)據(jù)通信傳輸模塊；
[0009]傳感器信號調(diào)理模塊:作用是將振動、溫度、轉(zhuǎn)速傳感器信號通過隔離、濾波、放大步驟轉(zhuǎn)換成適合ADC采集的合適信號；
[0010]信號采集處理模塊:包括以STM32F407IG16為CPU的最小系統(tǒng)電路、16位ADC轉(zhuǎn)換電路、音頻采集電路、視頻采集電路；信號采集處理模塊的作用是將振動、溫度、轉(zhuǎn)速、音頻、視頻模擬信號采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供CPU選擇存儲或傳輸之用；
[0011]數(shù)據(jù)通信傳輸模塊:包括以太網(wǎng)傳輸電路，GPRS通訊電路；數(shù)據(jù)通信傳輸模塊是振動、溫度、轉(zhuǎn)速、音頻、視頻經(jīng)信號采集處理模塊采集回來的數(shù)字信號與控制中心或維護(hù)人員的通信渠道，選擇以太網(wǎng)通信或GPRS通信方式。
[0012]工作時，傳感器信號調(diào)理模塊送出的模擬信號與音頻、視頻信號，送到信號采集處理模塊，被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并做預(yù)處理，然后經(jīng)由數(shù)據(jù)通信傳輸模塊傳輸?shù)娇刂浦行墓┻M(jìn)一步分析處理和故障處理。
[0013]進(jìn)一步的，所述傳感器信號調(diào)理模塊主要包含:振動信號調(diào)理電路、溫度信號調(diào)理電路、轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路；
[0014]振動信號調(diào)理電路中，振動信號采集傳感器選用內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器，接口為BNC插座；采用正電壓穩(wěn)壓器為核心的4mA恒流源對內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器供電，電源線與信號線復(fù)用，即電源線就是信號傳輸線；采用運(yùn)算放大器做電壓跟隨器，對內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器的輸出信號起到隔離與穩(wěn)定的作用；內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器的輸出電壓要大于ADC的輸入電壓上限，選用儀用放大器對振動傳感器的輸出電壓做縮放處理；用低通濾波器對IKHz特定頻率段內(nèi)的振動信號選??；
[0015]轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路中，采用接近開關(guān)做轉(zhuǎn)速信號采集的目標(biāo)傳感器，采用一只三極管，將接近開關(guān)的輸出線與三極管基極連接，將ADC輸入端和+3.3V與三極管集電極并聯(lián)，對接近開關(guān)的輸出電壓幅值調(diào)節(jié)以使其適合CPU的輸入電壓上限；
[0016]溫度信號調(diào)理電路中，溫度信號采集傳感器選用四線制熱電阻傳感器，采用恒流源式測溫電路；用正電壓穩(wěn)壓器產(chǎn)生ImA恒流源，電流流過熱電阻時產(chǎn)生壓降，通過運(yùn)算放大器將此微弱壓降信號放大10倍，輸出適合ADC采集的電壓信號。
[0017]進(jìn)一步的，所述信號采集處理模塊包含:以STM32F407IG16為CPU的最小系統(tǒng)電路，振動、溫度、轉(zhuǎn)速信號的16位ADC轉(zhuǎn)換處理電路，音頻、視頻采集電路；
[0018](I)CPU最小系統(tǒng)電路
[0019]CPU選擇STM32F407IG16芯片，采用7重AHB總線矩陣和多通道DMA控制器，支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，最高IMB片上閃存，192KBSRAM,復(fù)位電路，內(nèi)部RC振蕩器、PLL鎖相環(huán)、誤差低于I秒低于I μΑ的實(shí)時時鐘；在待機(jī)或電池備用模式下，4ΚΒ備份SRAM數(shù)據(jù)被保存；
[0020]外設(shè):相機(jī)接口、加密/哈希硬件處理器、支持IEEE 1588ν2協(xié)議，10/100M以太網(wǎng)接口、2個USB OTG，其中I個支持高速模式)；
[0021]音頻:音頻專用鎖相環(huán)和2個全雙工I2S ；
[0022]最多15 個通信接口(包括 6 個 10.5Mbit/s 的 USART、3 個 42Mbit/s 的 SP1、3 個I2C、2 個 CAN、I 個 SDI O)；
[0023](2) ADC轉(zhuǎn)換處理電路
[0024]采用采樣精度為16位或16位以上，采樣速率為100KSPS以上的多通道ADC ；
[0025](3)音頻、視頻采集電路
[0026]選用音頻處理芯片采集處理聲音信號；音頻處理芯片集成了立體聲麥克風(fēng)差分前置放大器、揚(yáng)聲器和耳機(jī)驅(qū)動器、差分或者立體聲線路輸出驅(qū)動器；音頻處理芯片與STM42F407IG16的I2S接口連接，風(fēng)機(jī)信號采集器可同時進(jìn)行錄音、放音處理；
[0027]選用CMOS圖像傳感器作為視頻采集設(shè)備，通過SCCB總線控制；所有圖像處理功能通過SCCB接口編程；CM0S圖像傳感器與STM32F407IG16的I2C接口連接進(jìn)行對CMOS的功能配置，CMOS圖像傳感器與STM32F407IG16的DCMI接口連接進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)流的傳送。
[0028]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)通信傳輸模塊包含:以太網(wǎng)傳輸電路和GPRS通訊電路；采用集成網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，帶2個LED指示燈。DM9161AEP芯片與STM32F407IG16的以太網(wǎng)接口連接進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)；GPRS通訊電路選用MG323模塊。
[0029]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本信號采集器將風(fēng)機(jī)傳動鏈部分的振動信號、轉(zhuǎn)速信號、溫度信號以16位ADC多通道進(jìn)行同步采集，并通過以太網(wǎng)和GPRS進(jìn)行傳輸，提高了采集精度的同時提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，還增加音頻采集、視頻監(jiān)控功能，為上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、噪聲分析、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
【附圖說明】
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[0030]圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為風(fēng)機(jī)信號采集器工作原理圖。
[0032]圖3為振動信號調(diào)理電路工作原理圖。
[0033]圖4為主軸轉(zhuǎn)速測量電路工作原理圖。
[0034]圖5為溫度測量電路工作原理。
[0035]圖6為音頻信號采集原理圖。
[0036]圖7為視頻信號采集原理圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0037]圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的一種風(fēng)機(jī)信號采集器，分為三部分:傳感器信號調(diào)理模塊、信號采集處理模塊、數(shù)據(jù)通信傳輸模塊。在傳感器信號調(diào)理模塊中進(jìn)行傳感器信號的預(yù)處理，在信號采集處理模塊中進(jìn)行傳感器信號的采集和音頻、視頻信號的采集，通過數(shù)據(jù)通信傳輸模塊對風(fēng)機(jī)信號采集器中的數(shù)字信號與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0038]進(jìn)一步的，所述傳感器信號調(diào)理模塊:主要包含振動信號調(diào)理電路、溫度信號調(diào)理電路、轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路。
[0039]振動信號調(diào)理電路中，振動信號采集傳感器選用內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器，接口為BNC插座；采用正電壓穩(wěn)壓器為核心的4mA恒流源對內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器供電，電源線與信號線復(fù)用，即電源線就是信號傳輸線；采用運(yùn)算放大器做電壓跟隨器，對內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器的輸出信號起到隔離與穩(wěn)定的作用；；內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器的輸出電壓要大于ADC的輸入電壓上限，選用儀用放大器對振動傳感器的輸出電壓做縮放處理；用低通濾波器對IKHz特定頻率段內(nèi)的振動信號選??；
[0040]轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路中，采用接近開關(guān)做轉(zhuǎn)速信號采集的目標(biāo)傳感器，采用一只三極管，將接近開關(guān)的輸出線與三極管基極連接，將ADC輸入端和+3.3V與三極管集電極并聯(lián)，對接近開關(guān)的輸出電壓幅值調(diào)節(jié)以使其適合CPU的輸入電壓上限；
[0041]溫度信號調(diào)理電路中，溫度信號采集傳感器選用四線制熱電阻傳感器，采用恒流源式測溫電路；用正電壓穩(wěn)壓器產(chǎn)生ImA恒流源，電流流過熱電阻時產(chǎn)生壓降，通過運(yùn)算放大器將此微弱壓降信號放大10倍，輸出適合ADC采集的電壓信號。
[0042]進(jìn)一步的，所述信號采集處理模塊包含:以STM32F407IG16為CPU的最小系統(tǒng)電路；振動、溫度、轉(zhuǎn)速信號的16位ADC轉(zhuǎn)換處理電路；音頻、視頻采集電路；
[0043](2) CPU最小系統(tǒng)電路
[0044]CPU選擇意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F407IG16芯片，采用7重AHB總線矩陣和多通道DMA控制器，支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，最高IMB片上閃存，192KBSRAM，復(fù)位電路，內(nèi)部RC振蕩器、PLL鎖相環(huán)、誤差低于I秒低于I μΑ的實(shí)時時鐘；在待機(jī)或電池備用模式下，4KB備份SRAM數(shù)據(jù)被保存。
[0045]外設(shè):相機(jī)接口、加密/哈希硬件處理器、支持IEEE1588v2協(xié)議，10/100M以太網(wǎng)接口、2個USB OTG，其中I個支持高速模式)；
[0046]音頻:音頻專用鎖相環(huán)和2個全雙工I2S ；
[0047]最多15 個通信接口(包括 6 個 10.5Mbit/s 的 USART、3 個 42Mbit/s 的 SP1、3 個I2C、2 個 CAN、I 個 SDI