风电在线状态监测系统信号调理单元的硬件设计与测试
毕业论文关键词：磁栅传感器，IEPE 加速度传感器，信号调理，恒流源，滤波
Title Hardware Design and Testing of Signal Conditioning Unit of Wind PowerOnline State Monitoring System
Abstract The graduation project introduces background and significance of diagnosis of wind powergeneration faults, puts forward a method for uniform-angle sampling of acceleration signalsbased on application of magnetic grids and designs a magnetic grid signal conditioning deviceand a front conditioning device of an IEPE acceleration sensor. The magnetic grid signalconditioning device conditions two channels of ±5v differential signals with burr into onechannel of +5v signals free of burr, and also isolates electric appliances via an optical coupler toprotect a capture card. The front conditioning device of IEPE acceleration sensor designed inthis paper comprises a precise constant current source module, a signal blocking module, asignal amplification module and a filtering module. It can improve quality of signals output bythe IEPE sensor.
Keywords: magnetic grid sensor; IEPE acceleration sensor; signal conditioning; constantcurrent source; filtering
第1章绪论...1
1.1课题的背景和意义..1
1.2阶次分析简介.2
1.3等角度采样...2
1.4IEPE加速度传感器..3
1.5主要工作...3
第2章磁栅部分...5
2.1磁栅产品简介...5
2.2磁栅原理简介...5
2.3磁栅安装...6
2.3.1磁栅与光电编码器比较..6
2.3.2磁头安装位置...7
2.4磁栅触发信号调制..8
2.4.1差分信号处理...9
2.4.2简单滤波.11
2.4.3保护电路.12
2.5端口设计.13
2.6电路打印与制版15
2.7本章小结.17
第3章1IEPE信号调理..19
3.1工作原理和结构形式19
3.2典型的电荷放大系统...21
3.3IEPE传感器的选型..22
3.4前置调理电路结构23
3.4.1恒流源设计思路.24
3.4.2隔直放大电路.27
3.4.3低通滤波电路.29
3.4.4高通滤波电路.31
3.5本章小结.33
第4章结论与展望.35
4.1工作总结.35
4.2展望.35
致谢36
参考文献37
第1章 绪论
1.1课题的背景和意义风电作为一种清洁能源，在环境和能源问题日益严峻的今天，已经越来越多地受到了世界各国的关注， 预计到 2020 年我国风电装机将达到1.5 亿kW[1]。据世界风能委员会预测，到 2020 年全世界的电力消耗将有12% 来自风力发电风[2]电行业也因此得到迅猛的发展。但是日常运行中，风力发电机因故障停机带来的经济损失也比较大［3］。一般在风力发电机工作的 20年中，用于机组维护的费用约占风场总收入的10%～15%， 而用于海上风电机组的维护费用高达 20%～25%[4]。 所以对风力发电机的实时监测对于避免不必要的损失非常必要。目前风力发电场的维护有两种方式即计划维修与事后维修。 计划维修方式不能做到及时了解风力机状况; 而事后维修往往由于事先的准备不够充分，而造成维修工作的耗时太长、损失严重[5]。 对风电机组进行实时状态监测和故障诊断，可有效地对各个风力机的状态进行管控, 使各个风力发电机安全、可靠、经济地运行[6,7]。一般可通过建立风电场的 SCADA(Supervisory Control And Data A cquistion )系统,实现风机监控和故障诊断。 其中风电齿轮箱的状态监测和故障诊断技术最为关键[8]。目前振动噪声诊断的应用较广泛[9]。 振动信号的变化能表明机械状态的变化[10]因此它可以对某些机械进行准确的检验和故障诊断[11]。风电机组中，齿轮和轴承故障主要用振动监测法检测。 精密诊断法和简易诊断法是风力发电机故障诊断的2 种主要分类方法[12]。 当用简单的诊断方式确定风力发电机的部件已经有故障后出现后，我们在利用频谱分析和元件的特征频率，定位故障到元件级。风力发电机故障的精密诊断大多根据部件的频谱结构， 特征频率和故障特征信息进行频谱分析。 但由于风力发电机中轴承和齿轮箱的频率谱比较复杂难以直接读出信息，我们常常用阶次分析作为振动诊断的方法[13-14]。在齿轮箱中，由故障引起的振动通常与轴的转动速度有关。分析这类故障的特征时，使用阶次谱分析相比于频谱分析更容易检测到与转动速度有关的振动信息。目前，国内外对阶次分析理论进行了很多的研究和实践， 这些研究主要分为两大类： 一种是硬件式阶次分析，计算阶比跟踪是另外一种方法。 本毕业设计是基于硬件阶次分析的振动信号预处理装置及触发信号调理装置的硬件设计。