CN201094001Y - 转子微扬度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种倾角测量装置，更具体的说是涉及一种转子微扬度测量仪。包括有传感器、激励电源、滤波器、A/D转换器、嵌入式微处理器和便携计算机，所述的激励电源与传感器的输入端相连，传感器的输出端与送入测量电路，测量电路与A/D转换器连接，A/D转换器与嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器通过通讯接口电路与便携计算机相配置。本实用新型的有益效果在于：1)具有非常高的分辨率与精度，分辨率为0.0005°；2)温度特性好，重复精度高，重复精度为0.001°；3)将本实用新型的测量部分和后续的数据处理部分分开，增加了仪器的灵活性与开放性；4)测量快速、直观方便，工作稳定，结构简单，小巧方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种倾角测量装置，更具体的说是涉及一种转子微扬度测量仪。
背景技术
在大型机电工程安装调试中，经常要对工程机械或机架装置进行调平校准，并且要对施工质量进行检测，这时遇到最多的问题就是水平与倾斜的测量，如汽轮机组转子扬度的调整是安装检修中的一个重要工作，由于测量精度要求非常高，现有技术所采用的水平检测手段有一些局限性，不方便直观，个人主观经验起着重要作用。因此，需要设计一种高精度便携倾角测量仪，用以代替目前基于水泡的各种水平尺等简陋工具，既可以安装到这些施工机械上用于自动调平，也可以作为对施工质量进行检测的检测装置显得非常必要。
发明内容
本实用新型所要解决的问题是提供一种转子微扬度测量仪，其能直接安装到施工机械上，用于自动水平倾角测量，且重复精度可以达到2角秒。
本实用新型为解决上述提出的问题所采用解决方案为：转子微扬度测量仪，包括有传感器、激励电源、滤波器、A/D转换器、嵌入式微处理器和便携计算机，所述的激励电源与传感器的输入端相连，传感器的输出端与送入测量电路，测量电路与A/D转换器连接，A/D转换器与嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器通过通讯接口电路与便携计算机相配置。
按上述方案，所述的传感器为SX-003D-NULL型倾角传感器。
按上述方案，所述的激励电源采用频率为50Hz、相位差为180°的方波信号，每个极性的交流驱动信号持续10ms。
本实用新型的有益效果在于：
1)具有非常高的分辨率与精度，分辨率为0.0005°；
2)温度特性好，重复精度高，重复精度为0.001°；
3)将本实用新型的测量部分和后续的数据处理部分分开，增加了仪器的灵活性与开放性；
4)测量快速、直观方便，工作稳定，结构简单，小巧方便，是现代大型机电设备的安装调试的新型专用仪器，可较好的取代传统的转子扬度、倾角测量等设备，有很好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的传感器的结构原理图；
图2是本实用新型的结构原理图；
图3为激励电源的激励信号波形图；
图4为本实用新型激励电源及测量电路原理图；
图5为本实用新型微处理器及采集电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型其整体结构原理如下图2所示，包括有传感器1、激励电源、滤波器、A/D转换器、嵌入式微处理器和便携计算机，所述的激励电源与传感器的输入端相连，传感器的输出端与送入测量电路，测量电路与A/D转换器连接，A/D转换器与嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器通过通讯接口电路与便携计算机相配置，所述的传感器为SX-003D-NULL型倾角传感器，所述的激励电源采用频率为50Hz、相位差为180°的方波信号，每个极性的交流驱动信号持续10ms。
本实用新型主要硬件的分析与选择：
1)精度要求分析以及传感器的选择
当前电力机电安装工程中，如汽轮机转子扬度、水轮机安装的水平度要求都在0.01mm/m以上，换算成绝对角度为0.00057°，即2.06″。这样的分辨率要求非常高，因此就对传感器的选择及测量电路设计提出了高的要求。测量倾角的传感器种类繁多，按照其工作原理可以分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式、“重力加速度计”式四种倾角传感器。对于固体摆式倾角传感器的研究已经比较成熟，且应用广泛，但其易受外界干扰，如机械振动冲击；而液体摆式倾角传感器具有灵敏度高、耐腐蚀、耐潮湿等特点，但温度变化会影响其工作特性；气体摆式倾角传感器结构简单，抗振动和抗冲击能力强，但其受环境温影响较大，测试精度不高；基于表面微电子机械的加速度计原理的倾角，具有极低的功耗和噪音，体积小，重量轻，但精度较低，而且对温度变化敏感。
本实用新型的传感器采用的是Aosi公司的SX-003D-NULL型单轴倾角传感器，它是一种液摆式电解质倾角传感器，测量范围为±15°，分辨率为0.5″，重复精度为0.0003°，时间常数为0.5s。
单轴倾角传感器的工作原理如下图1所示，单轴倾角传感器有三个引脚，电解质传感器在小瓶中，当传感器微微倾斜，电解质液体流动，当传感器倾斜，在重力的作用下，电解质液体表面保持水平，电解质液体是导电的，电导率在两个电极间与电极浸入电解质液体的深度成比例，如图1所示，R1、R2两个电极间的电阻大于R2、R3两个电极之间的电阻，电阻与倾角成比例变化，传感器类似一个分压计。
传感器的电解质单元功能类似于一个铅酸电池，但是不同的是不是把化学能转换成电能，直流电流将引起电极在电解质液体中产生化学反应，带正电荷的离子会向阴极迁移，它们结合会产生逸出电子，损失一些电荷，同样，负离子在电解质液体中迁移会产生逸出质子，损失部分电荷。如果这样将使电解质液体失去导电特性。为了保证电解质正常工作，传感器必须使用交流激励电流，交流激励电源的频率、对称度取决于电解质液体的化学特性和电极合成物的特性。频率一般在1000-4000HZ间。
环境温度和倾角对传感器阻抗的变化范围取决于电解液的物理特性和传感器的几何特性。电极的高度、间隔和电解液的容量决定了传感器的角度变化范围，倾角的测量范围与电解液的量的大小成比例。因为液体的体积和它的温度成比例，传感器的电阻增量、极间的比率都与温度成线性关系。
根据工业现场测试的需要，本实用新型设计成仪器加便携计算机的结构模式，测量仪将采集到的数据以通讯方式送给便携计算机(或直接进入DCS系统)，这种测量技术突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，将虚拟测量技术应用于平台倾角的测量既可以高速、高精度地实时测量倾角，又降低了成本，且可方便用户根据个人需要修改和扩展仪器功能，具有重要的现实应用价值。
2)激励电源及测量电路设计
如图3和图4所示，传感器使用频率为50HZ、相位差为180°的方波信号作为其交流驱动电源。每个极性的交流驱动信号持续10ms，为防止直流电流损坏传感器，激励电源在转换间隙通过电子开关关断，此时仅吸取10uA电流，在传感器允许的电流范围内。传感器激励电源由74HC00及电阻电容元件构成一个振荡器，经74HC74触发器形成四个幅值相同，但相位不同的方波，四个方波激励信号分别提供给电解质倾角传感器，激励信号波形如图3所示。为了便于后向通道的数据采集，传感器的输出信号由激励方波信号自动控制多路开关CD4066自动切换测量通路，并由OP421进行放大输出。
3)微处理器及采集电路
如图5所示，本实用新型根据精度的要求，采用TI(德州仪器)公司16位4通道高速差分输入A/D转换器ADS831，A/D转换时间为1.6μm。微处理器采用TI公司MSP430F149超低功耗Flash型16位RISC指令集性价比极高的工业级单片机。A/D转换器ADS831将测量结果予SPI通讯方式送给MSP430F149微处理器，然后微处理器通过串口向便携PC循环发送数据。
由于传感器输出信号为方波信号，时序上要求在进行16位A/D转换之前有大约9倍时间常数的建立时间。为减少测量误差，每次测量分两步完成：微处理器首先计算传感器信号减去参考信号的值，然后加上反相驱动信号，并计算参考信号减去传感器信号的值。将两次测量结果相减得到所需倾斜值的2倍且使系统产生的误差相抵消。
Claims (3)
1.转子微扬度测量仪，其特征在于包括有传感器、激励电源、滤波器、A/D转换器、嵌入式微处理器和便携计算机，所述的激励电源与传感器的输入端相连，传感器的输出端与送入测量电路，测量电路与A/D转换器连接，A/D转换器与嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器通过通讯接口电路与便携计算机相配置。
2.按权利要求1所述的转子微扬度测量仪，其特征在于所述的传感器为SX-003D-NULL型倾角传感器。
3.按权利要求1或2所述的转子微扬度测量仪，其特征在于所述的激励电源采用频率为50Hz、相位差为180°的方波信号，每个极性的交流驱动信号持续10ms。
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