CN108181067A - 一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统及方法 - Google Patents

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洪文浩
耿峻
许亮华
於三大
王济
王立涛
邬昆
刘平
郑建兴
杨晖
冯俊
王君
庞希斌
程剑林
胡海虹
温占营
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STATE GRID HEIMIFENG PUMPED STORAGE Co Ltd
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
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Abstract

本发明涉及一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统及方法，所述系统包括金属箱和至少一个拾振器，金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机，每个拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，采集卡的信号输出端与工控机相连，蓄电池分别与多通道直流适配器、采集卡和工控机相连。本发明通过将多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机集成与金属箱内，使得本系统便于移动，自带蓄电池可在无电源水工建筑物现场展开振动测试，该系统测试结果精度高，分析结果更加专业，大幅提高现场测试效率。

Description

一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统及方法
技术领域
本发明涉及水工建筑测量领域，具体涉及一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统及方法。
背景技术
随着我国西电东送战略的实施，一大批水电工程已经竣工或即将竣工。部分大型水电工程投入运行后，因机组运行或泄洪等引发水工建筑物强烈振动。为了解水工建筑物的振动情况，需开展现场振动测试。
目前市面用于水工建筑物振动现场测试的一般有以下两类系统：
第一类是简易便携式振动测试系统：该类系统将简易拾振器(加速度计或速度计)、采集卡、微积分电路、内存和显示屏等硬件集成为一体，采集与处理程序嵌入内存，采用钮扣电池(或干电池)供电。手持该类测试系统将其余被测物体接触，屏幕即可显示振动幅值。因此，该类系统的突出优点是操作和携带简便。但是，该系统存在以下不足：
(1)精度低：由于拾振器等均为简易硬件，分辨率低，所测试结果精度低；
(2)信号不能存储与分析；
(3)通道数少：一般不超过4个，大部分仅有1个。
因此，该类系统一般仅用于大致了解水工建筑物的振幅，不能用于专业振动分析。
第二类是专业振动测试系统：该类测试系统含专业拾振器(加速度计或速度计)、电源适配器、多通道采集卡和带采集软件的电脑。该类系统具有以下优势：
(1)专业拾振器可酌情配置：根据所测试水工建筑物振动特点，合理选取和配置拾振器，如拾振器类型选取(加速度计或速度计)、拾振器线性频响范围、拾振器灵敏度与量程、拾振器抗干扰性、拾振器分辨率等；
(2)多通道多测点：可根据水工建筑物现场测点布置要求，选择多通道采集卡与多个拾振器相连；
(3)测试精度高：因该类测系统的拾振器和采集卡的分辨率均远高于第一类测试系统，其测试结果精度远高于第一类测试系统；
(4)测试数据可存储和分析：该类测试系统可将采集卡所采集数据通过数据线连接，存储于电脑或工控机后可对数据进行专业振动分析。
但是，该类测试系统存在以下不足：
(1)移动不便：因该系统各类硬件彼此独立，使用时需使用数据线将各类硬件彼此相连，当通道数较多时，测试系统连线复杂，不便移动；
(2)需供交流电源：因该类测试系统通道多，耗电量较大，因此需供交流电源。但为数不少水工建筑物现场不具备供交流电条件(如大坝廊道)。
因此，该类振动测试系统一般固定于能提供交流电源的水工建筑物现场开展多通道专业测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统及方法，解决测试系统移动不便、供电不便和精度低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统，包括金属箱和至少一个拾振器，所述金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机，每个所述拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，所述多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，所述采集卡的信号输出端与工控机相连，所述蓄电池分别与多通道直流适配器、采集卡和工控机相连。
一种移动式高精度水工建筑物振动测试方法，包括以下步骤：
S1、根据水工建筑物的振动测试大数据确定拾振器的型号；
S2、将拾振器安装于水工建筑物的测试点上；
S3、将拾振器采集的模拟信号通过多通道直流适配器传输至采集卡；
S4、通过采集卡对模拟信号进行A/D转换后，将得到的数字信号作为测试数据传输至工控机或智能终端保存，并对测试数据进行信号处理和分析。
本发明的有益效果是：本发明通过将多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机集成与金属箱内，使得本系统便于移动，自带蓄电池可在无电源水工建筑物现场展开振动测试，可根据水工建筑物的振动特性确定拾振器的型号，通过多通道直流适配器和采集卡将测试数据传送到工控机并对数据进行信号处理和分析，该系统测试结果精度高，分析结果更加专业，大幅提高现场测试效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述工控机能够采用智能终端替换。
采用上述进一步方案的有益效果是：智能终端可取代工控机，起到显示检测结果的作用。
进一步，所述蓄电池为24V或±12V的锂电池组。
采用上述进一步方案的有益效果是：测试系统不受测试现场交流电源限制，可以在任意水工建筑物现场随时开展振动测试，且测试效率比需交流供电的测试系统大幅提高。
进一步，所述采集卡为带抗混滤波的24位独立AD采集卡，所述采集卡的通道数量不少于所述拾振器的通道数量。
采用上述进一步方案的有益效果是：拾振器的通道与24位独立AD采集卡的一个通道相对应，采集卡将拾振器检测到的模拟信号转化为高精度数字信号并传递到工控机或智能终端。
进一步，所述工控机为可编程控制器。
采用上述进一步方案的有益效果是：可编程控制器可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点。
进一步，金属箱的材质包括铝合金和304不锈钢。
采用上述进一步方案的有益效果是：增加箱体刚度和强度，提高测试系统结构安全性。
附图说明
图1为本发明采用工控机的结构示意图；
图2为本发明采用智能终端的结构示意图；
图3为本发明的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统，包括金属箱和至少一个拾振器，金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机，每个拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，采集卡的信号输出端与工控机相连，蓄电池分别与多通道直流适配器、采集卡和工控机相连。
如图2所示，工控机能够采用智能终端替换；智能终端可取代工控机，起到显示检测结果的作用。
在本发明实施例中，蓄电池为24V或±12V的锂电池组；测试系统不受测试现场交流电源限制，可以在任意水工建筑物现场随时开展振动测试，且测试效率比需交流供电的测试系统大幅提高。
在本发明实施例中，采集卡为带抗混滤波的24位独立AD采集卡，采集卡的通道数量不少于所述拾振器的通道数量；拾振器的通道与24位独立AD采集卡的一个通道相对应，采集卡将拾振器检测到的模拟信号转化为高精度数字信号并传递到工控机或智能终端。
在本发明实施例中，工控机为可编程控制器；可编程控制器可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点。
在本发明实施例中，金属箱的材质包括铝合金和304不锈钢；增加箱体刚度和强度，提高测试系统结构安全性。
实施例1为：本发明包括金属箱和至少一个拾振器，金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机，每个拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，采集卡的信号输出端与工控机相连，蓄电池分别与多通道直流适配器、采集卡和工控机相连。
实施例2为：本发明包括金属箱和至少一个拾振器，金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡和蓄电池，每个拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，采集卡的信号输出端与智能终端相连，蓄电池分别与多通道直流适配器和采集卡相连。
如图3所示，本发明还公开了一种移动式高精度水工建筑物振动测试方法，包括以下步骤：
S1、根据水工建筑物的振动测试大数据确定拾振器的型号。
在本发明实施例中，所述步骤S1中的振动测试大数据包括水工建筑物结构参数和振源参数。
S2、将拾振器安装于水工建筑物的测试点上。
S3、将拾振器采集的模拟信号通过多通道直流适配器传输至采集卡。
S4、通过采集卡对模拟信号进行A/D转换后，将得到的数字信号作为测试数据传输至工控机或智能终端保存，并对测试数据进行信号处理和分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，包括金属箱和至少一个拾振器，所述金属箱内设有多通道直流适配器、至少一张采集卡、蓄电池和工控机，每个所述拾振器的信号输出端与多通道直流适配器的信号输入端相连，所述多通道直流适配器的信号输出端与每张采集卡的信号输入端相连，所述采集卡的信号输出端与工控机相连，所述蓄电池分别与多通道直流适配器、采集卡和工控机相连。
2.根据权利要求1所述的移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，所述工控机能够采用智能终端替换。
3.根据权利要求1所述的移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，所述蓄电池为24V或±12V的锂电池组。
4.根据权利要求1所述的移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，所述采集卡为带抗混滤波的24位独立AD采集卡，所述采集卡的通道数量不少于所述拾振器的通道数量。
5.根据权利要求1所述的移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，所述工控机为可编程控制器。
6.根据权利要求1所述的移动式高精度水工建筑物振动测试系统，其特征在于，所述金属箱的材质包括铝合金和304不锈钢。
7.一种移动式高精度水工建筑物振动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据水工建筑物的振动测试大数据确定拾振器的型号；
S2、将拾振器安装于水工建筑物的测试点上；
S3、将拾振器采集的模拟信号通过多通道直流适配器传输至采集卡；
S4、通过采集卡对模拟信号进行A/D转换后，将得到的数字信号作为测试数据传输至工控机或智能终端保存，并对测试数据进行信号处理和分析。
8.根据权利要求7所述的移动式高精度水工建筑物振动测试方法，其特征在于，所述步骤S1中的振动测试大数据包括水工建筑物结构参数和振源参数。
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