CN103823079B - 一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置和方法。本发明的基本思想是在没有转速信号输入时，微处理器利用模拟开关控制电流源输出恒定电流，同时通过电压测量电路获得转速传感器的电压值，由于电流源输出电流值已知，那么可以根据欧姆定律计算得出当前转速传感器的阻抗值，该值与转速传感器标称阻抗值进行比较，偏差超过合理范围则认为传感器故障。
Description
技术领域
本发明属于转速传感器测量技术领域，具体涉及为磁阻式转速传感器提供一种在线故障诊断的测量装置和方法。
背景技术
磁阻式转速传感器（以下简称转速传感器）在火电厂中通常用于测量汽轮机转速。在汽轮机静止状态下，转速传感器无电压电流信号输出。当汽轮机开始转动后，转速传感器开始输出交流电信号，信号的频率与汽轮机转速成正比，信号的强度随着转速的上升而上升，根据转速传感器自身阻抗及实际安装情况的不同，转速传感器输出电压最高可以达到几十伏特。在汽轮机上升到某一转速后，转速传感器输出的交流电压值不再随着上升。
由于磁阻式转速传感器这种特殊的电气特性，所以并不能通过没有转速信号来判断转速传感器是否发生故障。目前国内外汽轮机控制系统只是通过比较多个转速传感器测量的转速值偏差来判断是否有故障。
最常见的方法是安装三个转速传感器，然后在控制器逻辑中判断这三个转速值的相互偏差，在偏差超过20rpm后推断是某个或多个转速传感器故障。由于测量转速的电路为了过滤干扰信号，往往拥有一个响应门槛值，转速信号电压幅值在高于门槛值后才能被测量电路检测到，所以在控制器逻辑中又加入转速高于500rpm后才判断三个转速值的相互偏差。
现有的方法有以下几点不足：
1）在汽轮机低转速和零转速情况下，无法判断转速传感器是否发生故障，只有在汽轮机进入蒸汽冲转并且达到一定转速后才能判断；
2）当所有的传感器均存在故障时，可能每个传感器测量转速值均为零，反而无法判断转速传感器是否发生故障；
3）如果只安装一个转速传感器，这种诊断方法就失效了。
传感器通常安装在封闭的汽轮机前箱内部，如果在汽轮机冲转后才发现传感器故障，则需要汽轮机转子完全静止后才能打开前箱进行检查或更换传感器，而此时汽轮机已经升温，需要长时间盘车后才能静止下来，这会导致机组再次启动时间大大推后，甚至已经点火的锅炉需要灭火，造成直接和间接经济损失。
针对现有方法的不足，应该考虑其他方法来实现磁阻式转速传感器的故障诊断，并且该诊断应该是实时进行的，不依赖于汽轮机自身是否转动，这样在汽轮机启动前就能及时发现和排除故障。
发明内容
本发明的目的是为了解决磁阻式转速传感器在汽轮机等旋转设备低转速和零转速情况下缺少故障诊断的问题，而提出一种采用硬件检测方式，带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置和方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置，包括信号输入端子、模拟开关、电流源、微处理器、电压测量电路，其特征在：
信号输入端子通过模拟开关与电流源相连，微处理器控制模拟开关的闭合和断开状态，用于控制电流源何时向信号输入端子输出恒定电流，信号输入端子通过电压测量电路与微处理器相连，微处理器通过电压测量电路采集信号输入端子之间的电压值。
所述磁阻式转速传感器测量装置还包括转速测量电路；
所述信号输入端子连接转速传感器信号输出端，所述信号输入端子还连接到转速测量电路的输入端以及电压测量电路的输入端，所述转速测量电路的输出端以及电压测量电路的输出端均连接至微处理器，所述电流源的输出端通过模拟开关连接至信号输入端子，所述微处理器与模拟开关的控制端相连；
微处理器通过转速测量电路输出的信号来计算磁阻式转速传感器所检测的转速值。
一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量方法，其特征在于：
1）微处理器在没有转速信号时闭合模拟开关，电流源通过模拟开关向信号输入端子输出恒定电流；
2）微处理器在模拟开关闭合后，通过电压测量电路采集信号输入端子之间的电压值；
3）微处理器根据输出的电流值和采集到的电压值计算信号输入端子的输入阻抗，并通过将输入阻抗与磁阻式转速传感器的标称阻抗进行比较来判断为传感器是否故障。
一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量方法，其特征在于：微处理器根据转速值控制模拟开关首次闭合时间。当没有转速信号时，之前的转速值越高，微处理器首次闭合模拟开关前的延时时间就越短；反之，当没有转速信号时，之前的转速值越低，微处理器首次闭合模拟开关前的延时时间就越长。
一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量方法，其特征在于：在模拟开关首次闭合并断开后，且没有检测到转速信号后，微处理器周期性的控制模拟开关闭合和断开。
本发明对比已有技术具有以下创新点：
1）采用硬件检测方式；
2）采用单个转速传感器独立进行在线故障诊断。
本发明对比已有技术具有以下显著优点：
1）在汽轮机等旋转设备高转速、低转速和零转速情况下，转速传感器均可实时在线诊断故障；
2）当所有的转速传感器均存在故障时，能够分别诊断出各自的故障状态；
3）在只安装一个转速传感器时也能实时在线诊断故障。
附图说明
图1为本发明装置的示意图；
其中：1—信号输入端子、2—转速测量电路、3—微处理器、4—电流源、5—模拟开关、6—电压测量电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的基本思想是在没有转速信号输入时，微处理器利用模拟开关控制电流源输出恒定电流，同时通过电压测量电路获得转速传感器的电压值，由于电流源输出电流值已知，那么可以根据欧姆定律计算得出当前转速传感器的阻抗值，该值与转速传感器标称阻抗值进行比较，偏差超过合理范围则认为传感器故障。实施例1
采用附图1所示的装置实现磁阻式转速传感器的在线故障诊断。
一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置，包括信号输入端子1、转速测量电路2、微处理器3、电流源4、模拟开关5、电压测量电路6，所述信号输入端子1包含一对输入端子，所述信号输入端子1连接转速传感器信号输出端，所述信号输入端子1还连接到转速测量电路2的输入端以及电压测量电路6的输入端，所述转速测量电路2的输出端以及电压测量电路6的输出端均连接至微处理器3，所述电流源4的输出端通过模拟开关5连接至信号输入端子1，所述微处理器3与模拟开关5的控制端相连。
其中信号输入端子采用町洋（DINKLE）公司的2ESDFM端子，模拟开关采用松下电器（PANASONIC）公司的AQW214EH光控继电器，电流源采用德州仪器（TexasInstruments）公司的LM334M电流源，微处理器采用ATMEL公司的AT91SAM7S64C-AU处理器，电压测量电路主要采用德州仪器（TexasInstruments）公司的ADS8326IBDGKTG4芯片，转速测量电路主要采用亚德诺（ADI）公司的AD8220ARMZ芯片；其中电流源的设计输出参数是4.3mA，电压测量回路的设计测量范围是0～24V。
磁阻式转速传感器的输出端连接到信号输入端子上，当转速传感器有转速信号输出且幅值超过200mV时，转速测量电路2能够正常识别转速信号；当转速信号幅值小于200mV时，转速测量电路不能识别转速信号。
带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量方法分三个步骤进行：
1）微处理器在没有转速信号时闭合模拟开关，电流源通过模拟开关向信号输入端子输出恒定电流：
微处理器3在磁阻式转速传感器所测量的转速信号突然消失时闭合模拟开关5，电流源4通过模拟开关5向信号输入端子1输出恒定电流。
当转速信号突然消失时，微处理器3控制模拟开关5延时闭合。模拟开关首次闭合前延时时间和信号突然消失前转速对应关系如下：
当模拟开关5首次闭合后，在电压测量回路6充分读取到电压数值后断开。根据电压和电流计算传感器阻抗，判断传感器状态。
在模拟开关5首次闭合后，微处理器3就可以周期性的控制模拟开关5的闭合和断开，从首次闭合到第二次闭合的时间间隔是300s，依次类推每次闭合到下一次闭合的时间间隔均为300s。每次模拟开关5闭合后，在电压测量回路6充分读取到电压数值后断开。
2）微处理器在模拟开关打开后，通过电压测量电路采集信号输入端子之间的电压值：
微处理器3在模拟开关闭合后，通过电压测量电路6采集信号输入端子1包含的一对端子之间的电压值。
在模拟开关5打开后，电流源4对外输出4.3mA直流电流，延时2ms后，电压测量电路6中的AD芯片已经能够充分的采集到此时信号输入端子1包含的一对端子之间的电压值U，此时微处理器3启动AD采样，获得电压值U；再延时5ms后停止AD采样。
在微处理器3停止AD采样后延时1ms关闭模拟开关5。
3）微处理器根据输出的电流值和采集到的电压值计算信号输入端子的输入阻抗，并通过将输入阻抗与磁阻式转速传感器的标称阻抗进行比较来判断为传感器是否故障：
微处理器3根据电流源4输出的电流值和采集到的电压值计算信号输入端子1包含的一对端子之间的输入阻抗，并通过将输入阻抗与磁阻式转速传感器的标称阻抗进行比较来判断为传感器是否故障。
微处理器通过以下公式计算得出转速传感器当前的阻抗值R：
R=1000*（U/4.3）
该阻抗值R与转速传感器出厂时标称阻抗值R0按照以下公式进行计算得出偏差值X：
X=R/R0
当X∈［0.8，1.2］时，转速传感器无故障；
当X∈（1.2，＋∞）时，转速传感器开路故障；
当X∈（—∞，0.8）时，转速传感器短路故障。
以上是本申请的申请人结合说明书附图对本申请的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本申请的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本申请保护范围的限制，相反，任何基于本申请发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量装置，包括信号输入端子、模拟开关、电流源、微处理器、电压测量电路、转速测量电路，其特征在：
信号输入端子通过模拟开关与电流源相连，微处理器控制模拟开关的闭合和断开状态，用于控制电流源何时向信号输入端子输出恒定电流，信号输入端子通过电压测量电路与微处理器相连，微处理器通过电压测量电路采集信号输入端子之间的电压值；
所述信号输入端子连接转速传感器信号输出端，所述信号输入端子还连接到转速测量电路的输入端以及电压测量电路的输入端，所述转速测量电路的输出端以及电压测量电路的输出端均连接至微处理器，所述电流源的输出端通过模拟开关连接至信号输入端子，所述微处理器与模拟开关的控制端相连；
微处理器通过转速测量电路输出的信号来计算磁阻式转速传感器所检测的转速值。
2.一种基于权利要求1所述磁阻式转速传感器测量装置的带在线故障诊断的磁阻式转速传感器测量方法，其特征在于：
1)微处理器在没有转速信号时闭合模拟开关，电流源通过模拟开关向信号输入端子输出恒定电流；
2)微处理器在模拟开关断开后，通过电压测量电路采集信号输入端子之间的电压值；
3)微处理器根据输出的电流值和采集到的电压值计算信号输入端子的输入阻抗，并通过将输入阻抗与磁阻式转速传感器的标称阻抗进行比较来判断为传感器是否故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
微处理器根据转速值控制模拟开关首次闭合时间：
当转速大于2000rpm时，模拟开关首次闭合时间为45ms；
当转速大于1000rpm且小于等于2000rpm，模拟开关首次闭合时间为90ms；
当转速大于500rpm且小于等于1000rpm，模拟开关首次闭合时间为180ms；
当转速大于200rpm且小于等于500rpm，模拟开关首次闭合时间为450ms；
当转速小于等于200rpm，模拟开关首次闭合时间为900ms。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：
在模拟开关首次闭合并断开后，且没有检测到转速信号后，微处理器周期性的控制模拟开关闭合和断开。
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