CN202869638U - 旋转机械的键相信号自适应处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，包括隔直电容、第一级运算放大器、基线恢复器、A/D采样电路和迟滞电压比较电路；所述隔直电容连接第一级运算放大器；第一级运算放大器的输出连接基线恢复器的输入；基线恢复器的输出连接A/D采样电路的输入和迟滞电压比较电路的输入。本实用新型可以广泛应用于汽轮发电机组或大型回转机械的键相测量或键相信号预处理；该系统能够自适应不同的键相信号，消除键相信号在运行过程中的各种影响因素，输出稳定、可靠的键相脉冲。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及旋转机械的键相测量领域，特别涉及一种汽轮发电机组键相信号处理系统。
【背景技术】
汽轮发电机组是火电厂最主要的设备之一，是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，是现代火力发电和核动力工业中所普遍采用的发动机。
随着现代工业和科学技术的发展，旋转机械正朝着大型化、高速化、连续化、集中化、自动化方向发展，旋转机械长期处于高速运行状态(一般为每分钟3000转以上甚至高达10000转)，由于各种随机因素的影响，难免会出现一些机械故障，而旋转机械的任何一个小小的故障，都可能引起连锁反应，往往造成巨大经济损失甚至灾难性后果。
请参阅图1所示，为了提高汽轮发电机组的运行安全性，需要对其振动信息进行在线监测，不仅监测不同方位的振动信息，还要监测其键相信息。键相信号是一个特殊的振动信号，它是在旋转机械的转轴上开一个键槽2，安装一个振动信号传感器1，转轴每次运转到键槽位置时都会输出一个脉冲，该脉冲信号即为键相信号，该信号准确地反映了旋转机械的运行周期和转速信息，以此信号为基础可以实现同步倍频采样，更精确地分析旋转机械的振动信息，因此，键相信号是一个十分重要的信号，是整个在线监测的基础信号，直接影响在线监测的信息准确性。
键相信号在运行过程中会受各种因素的影响，比如键槽的深度、键槽的形状、振动传感器的安装位置、转轴光洁度、转轴上的振动量、传感器的本身干扰信号等，如何消除这些因素对键相信息提取的影响是键相信号处理的关键。
目前的各类键相处理方式不能完全消除这些影响，比如没有完全考虑基线漂移的影响、振动噪音的影响等，有些键相信号处理电路还需要手工调节，这些就造成了键相处理电路不能完全适应各类现场情况及不同的转速。本发明在硬件上引入一些创新技术，消除信号基线变化的影响，再利用软件上信号处理技术获取键相特征，实现自适应键相信息获取，提高了对现场变化的适应性。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提出了一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，能够可靠地提取旋转机械的振动键相信号，消除不同键槽及传感器的差异带来的不确定性干扰。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，包括隔直电容、第一级运算放大器、基线恢复器、A/D采样电路和迟滞电压比较电路；所述隔直电容连接第一级运算放大器；第一级运算放大器的输出连接基线恢复器的输入；基线恢复器的输出连接A/D采样电路的输入和迟滞电压比较电路的输入。
本实用新型进一步的改进在于：所述旋转机械的键相信号自适应处理系统还包括处理器和D/A转换模块；所述处理器连接A/D采样电路和D/A转换模块；所述D/A转换模块连接所述迟滞电压比较电路。
本实用新型进一步的改进在于：所述旋转机械的键相信号自适应处理系统还包括上位机，所述上位机连接所述处理器。
本实用新型进一步的改进在于：所述基线恢复器为自适应基线恢复器。
本实用新型进一步的改进在于：所述第一级运算放大器的型号为LT1990。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：
1、使用高共模电压运放LT1990对输入信号进行第一级处理，消除现场不同传感器之间的共模电压干扰，可以承受-39V至+46V的共模电压，满足现场的需求，同时也避开了使用模拟光耦方案带来的成本及延时问题；
2、键相信号处理使用交流耦合方式，消除键相信号中直流分量带来的影响，即消除振动传感器的安装位置对信号的影响，同时使得输入信号和处理电路实现信号隔离，进一步提高信号处理的可靠性和适应性；
3、使用自适应基线恢复技术，消除交流耦合时带来的基线漂移问题，提高键相脉冲检测的准确度，使电路可以自动适应不同的转速及键槽深度；
4、使用D/A转换模块控制键相信息提取的比较电压，结合程序实现自适应键相信号提取，并且可以通过软件设置键相脉冲的比较阈值或自适应阈值。
【附图说明】
图1是键相信号提取示意图；
图2是本实用新型的结构框图；
图3是键相信号处理前波形示意图；
图4是键相信号处理后波形示意图；
图5是键相信号处理电路图；
图6是自适应阈值处理流程。
【具体实施方式】
以下结合附图和实用新型给出的具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
请参阅图2至图6所示，本实用新型旋转机械的键相信号自适应处理系统包括隔直电容、第一级运算放大器、基线恢复器、A/D采样电路、迟滞电压比较电路、处理器和D/A转换模块。
键相信号通过隔直电容耦合到第一级运算放大器，获取到信号中的交流分量，同时对信号产生衰减，以适应处理电路的信号范围。由于第一级运算放大器能够承受很高的共模电压，再加上电容的隔直作用，可以适应各种不同的现场信号。本实用新型使用高共模电压运放LT1990对输入信号进行第一级处理，消除现场不同传感器之间的共模电压干扰，可以承受-39V至+46V的共模电压，满足现场的需求，同时也避开了使用模拟光耦方案带来的成本及延时问题。键相信号处理使用交流耦合方式，消除键相信号中直流分量带来的影响，即消除振动传感器的安装位置对信号的影响，同时使得输入信号和处理电路实现信号隔离，进一步提高信号处理的可靠性和适应性。
第一级的输出信号经过后面的基线恢复器将其基线电压稳定到一个固定电压上（Vref），不会随着脉冲频率和脉冲幅度的变化而变化，方便后级的电压比较。本实用新型基线恢复器为采用具有低压降的理想二极管等效电路，能够快速准确地捕捉基线变化，并迅速切换控制状态，实现自适应基线电压控制，能够适应不同的脉冲宽度和信号频率的自适应基线恢复器。使用自适应基线恢复技术，消除交流耦合时带来的基线漂移问题，提高键相脉冲检测的准确度，使电路可以自动适应不同的转速及键槽深度。
经过预处理后的信号分别送给A/D采样电路和迟滞电压比较电路；处理器根据图6的处理流程自动计算出最佳的自适应阈值电压Va，该阈值电压大于振动及转轴表面粗糙度产生的干扰信号（即最大振动电压Vt），小于最大脉冲电压Vp，一般选取这两个电压差值的1/2，以获取最好的容错特性。
根据上位机软件的设定要求，处理器选择设定的阈值或自适应阈值Va通过D/A转换模块送给迟滞电压比较电路，以产生预想的脉冲输出，迟滞电压比较电路可以消除低速运行时过渡阶段易产生的误触发现象。该脉冲输出送给后面的处理电路供振动数据采集和键相周期测量使用。最后输出的波形如图4所示。
Claims (5)
1.一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，其特征在于，包括隔直电容、第一级运算放大器、基线恢复器、A/D采样电路和迟滞电压比较电路；所述隔直电容连接第一级运算放大器；第一级运算放大器的输出连接基线恢复器的输入；基线恢复器的输出连接A/D采样电路的输入和迟滞电压比较电路的输入。
2.根据权利要求1所述的一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，其特征在于，所述旋转机械的键相信号自适应处理系统还包括处理器和D/A转换模块；所述处理器连接A/D采样电路和D/A转换模块；所述D/A转换模块连接所述迟滞电压比较电路。
3.根据权利要求2所述的一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，其特征在于，所述旋转机械的键相信号自适应处理系统还包括上位机，所述上位机连接所述处理器。
4.根据权利要求1所述的一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，其特征在于，所述基线恢复器为自适应基线恢复器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种旋转机械的键相信号自适应处理系统，其特征在于，所述第一级运算放大器的型号为LT1990。
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|---|---|---|---|---|
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| CN105928613A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-07 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种旋转机械振动信号的过采样滤波处理方法 |
| CN113884286A (zh) * | 2020-06-16 | 2022-01-04 | 江苏卫生健康职业学院 | 一种用于旋转机械振动分析中处理键相信号的电路 |
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