專利名稱：一種多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，受外界環(huán)境因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種故障，出現(xiàn)劣化，從而影響電力設(shè)備正常工作，如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，則劣化會(huì)不斷發(fā)展，從而引發(fā)事故。目前電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估大多采用單一物理量，例如采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)來(lái)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)安裝簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)靈敏，在線監(jiān)測(cè)時(shí)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)與電力設(shè)備無(wú)電氣連接，因此安全可靠，其多用于監(jiān)測(cè)變壓器的繞組和鐵心的狀況。但實(shí)際上，電力設(shè)備劣化規(guī)律受多種因子，例如電、熱、機(jī)械、化學(xué)、環(huán)境等的影響，因此目前采用單一的振動(dòng)監(jiān)測(cè)并不能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。另外電力設(shè)備的主要缺陷在處于發(fā)展過(guò)程中的不同階段，各類物理參量因子也會(huì)呈現(xiàn)出不同的變化特征和量值，因此若能通過(guò)多個(gè)物理參量因子而對(duì)電力設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，將會(huì)提升監(jiān)測(cè)的靈敏度和可靠性，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估、故障診斷、定位與預(yù)警的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)采用多個(gè)傳感器陣列而采集多個(gè)物理參量，在對(duì)這些物理參量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，綜合多個(gè)物理參量對(duì)的變化特征和量值而對(duì)電力設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，從而提升電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的靈敏度和可靠性，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估、故障診斷的準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括若干個(gè)傳感器陣列，分別對(duì)應(yīng)采集若干個(gè)物理參量，并將物理參量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理參量信號(hào)；若干個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊，其分別與所述各傳感器陣列對(duì)應(yīng)連接，對(duì)各物理參量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；若干個(gè)信號(hào)采集模塊，其分別與所述各信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)應(yīng)連接，采集各經(jīng)過(guò)預(yù)處理的物理參量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；一服務(wù)器，其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所述各信號(hào)采集模塊連接，接收各信號(hào)采集模塊傳輸?shù)?br> 數(shù)字信號(hào)。也就是說(shuō)，在本技術(shù)方案中，采用傳感器陣列檢測(cè)電力設(shè)備的若干個(gè)物理參量信號(hào)，然后傳輸給各對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)檢測(cè)到的各物理參量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)應(yīng)的各信號(hào)采集模塊采集經(jīng)過(guò)預(yù)處理的物理參量信號(hào)，將其傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述若干個(gè)傳感器陣列包括一特高頻(UHF, Ultra High Frequency, 300MHz-3000MHz)傳感器陣列、一振動(dòng)傳感器陣列和一 AE傳感器(Acoustic Emission,即聲發(fā)射傳感器)陣列分別用于檢測(cè)電力設(shè)備的特高頻信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)和聲信號(hào)；所述若干個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊包括一特高頻信號(hào)調(diào)理模塊、一振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊和一 AE信號(hào)調(diào)理模塊；所述若干個(gè)信號(hào)采集模塊包括一特高頻信號(hào)采集模塊、一振動(dòng)信號(hào)采集模塊和一 AE信號(hào)采集模塊；所述特高頻傳感器陣列包括若干個(gè)特高頻傳感器；所述振動(dòng)傳感器陣列包括若干個(gè)振動(dòng)傳感器；所述AE傳感器陣列包括若干個(gè)AE傳感器。也就是說(shuō)，特高頻傳感器陣列與特高頻信號(hào)調(diào)理模塊連接，特高頻信號(hào)調(diào)理模塊與特高頻信號(hào)采集模塊連接；同樣，振動(dòng)傳感器陣列與振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊連接，振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊與振動(dòng)信號(hào)采集模塊連接；AE傳感器與AE信號(hào)調(diào)理模塊連接，AE信號(hào)調(diào)理模塊與AE信號(hào)采集模塊連接。更進(jìn)一步地，所述特高頻信號(hào)調(diào)理模塊和AE信號(hào)調(diào)理模塊均包括沿特高頻信號(hào)和AE信號(hào)的輸入方向依次連接的差分放大器、低通濾波器和信號(hào)隔離電路，以對(duì)特高頻信號(hào)和AE信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊包括信號(hào)獲取模塊和信號(hào)隔離濾波模塊所述信號(hào)獲取模塊包括三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片的第3端口接直流電源的正極，該直流電源的正極經(jīng)電源濾波電容接地，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片的第I端口和第2端口之間連接第一電阻，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片的第2端口依次經(jīng)第二電容和第二電阻接地，所述的第二電容和第二電阻串聯(lián)后跨接在振動(dòng)傳感器接口的兩端構(gòu)成交流容阻分壓電路，所述的第二電容和第二電阻的節(jié)點(diǎn)為振動(dòng)傳感器的信號(hào)輸出端，所述三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片和第一電阻組成恒流源，為所述的振動(dòng)傳感器提供穩(wěn)定的直流電源；所述信號(hào)隔離濾波模塊包括隔離電路及容阻濾波電路，所述隔離電路包括線性光率禹。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述特高頻信號(hào)采集模塊和AE信號(hào)采集模塊均包括一 AD芯片，其與所述信號(hào)調(diào)理模塊連接；一復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD,Complex Programmable Logic Device),其與AD芯片連接，控制AD芯片進(jìn)行信號(hào)采集；一存儲(chǔ)器，其數(shù)據(jù)總線與所述復(fù)雜可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)總線連接。更進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)器具有SRAM存儲(chǔ)陣列。更進(jìn)一步地，所述AD芯片為雙通道AD芯片，采樣頻率大于50MHz。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述振動(dòng)信號(hào)采集模塊包括一觸發(fā)模塊，一多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器、一主控模塊和一存儲(chǔ)模塊；其中所述觸發(fā)模塊包括D/A轉(zhuǎn)換器和比較器，所述比較器的輸入端與振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，比較器的輸出端與主控模塊的控制信號(hào)輸入端連接，所述多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，所述主控模塊的控制信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入通道連接，D/A轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出通道與比較器連接，多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的第一數(shù)據(jù)總線與主控模塊的數(shù)據(jù)總線相連，該多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的第二數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)總線相連，所述主控模塊的通道控制接口與存儲(chǔ)模塊的通道控制接口連接，所述主控模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器連接。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述振動(dòng)傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)，所述特高頻傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)，所述AE傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)。進(jìn)一步地，在上述多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述振動(dòng)傳感器的頻率范圍為0. 04-1500Hz。本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的多個(gè)物理參量進(jìn)行采集，在對(duì)這些物理參量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，綜合多個(gè)物理參量的變化特征和量值而對(duì)電力設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，從而提升電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的靈敏度和可靠性，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估、故障診斷的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，特高頻信號(hào)調(diào)理模塊和特高頻信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，AE信號(hào)采集模塊和特高頻信號(hào)采集模塊的AD芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖4顯示了一種AD芯片的采樣時(shí)序圖。圖5顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，AE信號(hào)采集模塊的AD芯片的接口示意圖。圖6顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，AE信號(hào)采集模塊和特高頻信號(hào)采集模塊的存儲(chǔ)器的接口示意圖。圖7顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊中信號(hào)獲取模塊的電路圖。圖8顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊中信號(hào)隔離濾波模塊的電路圖。圖9顯示了本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖10為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊中觸發(fā)模塊的電路圖。圖11為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊的觸發(fā)模塊中比較器的電路圖。圖12為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊中的多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖13為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊中的主控模塊的電路圖。圖14為本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊中的存儲(chǔ)模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。如圖1所示，該多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括特高頻傳感器陣列、振動(dòng)傳感器陣列和AE傳感器陣列分別用于檢測(cè)電力設(shè)備的特高頻信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)和聲信號(hào)，該特高頻傳感器陣列、振動(dòng)傳感器陣列和AE傳感器陣列分別包括6個(gè)特高頻傳感器、6個(gè)振動(dòng)傳感器和6個(gè)AE傳感器；其中特高頻傳感器陣列與特高頻信號(hào)調(diào)理模塊連接，特高頻信號(hào)調(diào)理模塊與特高頻信號(hào)采集模塊連接；振動(dòng)傳感器陣列與振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊連接，振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊與振動(dòng)信號(hào)采集模塊連接；AE傳感器陣列與AE信號(hào)調(diào)理模塊連接，AE信號(hào)調(diào)理模塊與AE信號(hào)采集模塊連接；特高頻信號(hào)采集模塊、振動(dòng)信號(hào)采集模塊和AE信號(hào)采集模塊均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與服務(wù)器連接，服務(wù)器對(duì)接這些信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)進(jìn)行分析，來(lái)判斷電力設(shè)備的狀態(tài)。圖2顯示了在一種實(shí)施方式中，特高頻信號(hào)調(diào)理模塊和特高頻信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，特高頻信號(hào)調(diào)理模塊包括兩個(gè)差分放大器、兩個(gè)低通濾波器以及兩個(gè)信號(hào)隔離電路，特高頻信號(hào)從差分放大器的差分信號(hào)輸入端輸入進(jìn)行放大，由差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)，然后由低通濾波器進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過(guò)隔離電路的隔離后被特高頻信號(hào)采集模塊采集。同樣，AE信號(hào)調(diào)理模塊也采用這種結(jié)構(gòu)。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，特高頻信號(hào)采集模塊包括AD芯片，其與隔離電路連接，具有兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換器；AD芯片與CPLD連接，控制AD芯片進(jìn)行信號(hào)采集；具有SRAM存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線與CPLD的數(shù)據(jù)總線連接，這樣CPLD可以靈活的處理AD芯片的采樣輸出數(shù)據(jù)，即既可以將數(shù)據(jù)讀入CPLD中進(jìn)行一些濾波處理，再將數(shù)據(jù)存入本地緩存中，或是直接給出SRAM的寫(xiě)控制信號(hào)，將采樣數(shù)據(jù)寫(xiě)入本地緩存；此外一 MCU也與CPLD連接。其中，AD芯片為雙通道AD芯片，采樣頻率大于50MHz，采樣位數(shù)最好為14bit，例如ADI公司的AD9248芯片。同樣，AE信號(hào)采集模塊也采用這種結(jié)構(gòu)。AD9248是ADI公司推出的14位雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，該芯片采用3. 3V供電，速度可選為20MS/s、40MS/s和60MS/s三種，它擁有兩個(gè)獨(dú)立的SHA和ADC，一個(gè)集成在芯片內(nèi)部的電壓參考。AD9248采用一個(gè)多級(jí)的帶有輸出錯(cuò)誤糾正邏輯的差分流水線結(jié)構(gòu)，從而提供高精度的14位的量化輸出。雙通道的AD9248可以提供與單通道AD轉(zhuǎn)換器同樣的動(dòng)態(tài)性能，但是又比使用2個(gè)單通道AD轉(zhuǎn)換器具有更好的抗串?dāng)_性能。圖3顯示了 AD9248的內(nèi)部功能框圖。在圖3中VIN+, VIN-:模擬差分信號(hào)輸入端；REFT、REFB :外部基準(zhǔn)電壓輸入端；DO-D13 :數(shù)據(jù)輸出；0EA,OEB :A、B兩通道數(shù)據(jù)輸出使能位，該位為0時(shí)，使能數(shù)據(jù)總線，為I時(shí)，輸出為聞阻; PDWN_A、PDWN_B :兩通道的Power-Down功能選擇位，為0時(shí)，使能通道，為I時(shí)，關(guān)閉通道；DFS :輸出數(shù)據(jù)格式選擇位，為0時(shí)，數(shù)據(jù)輸出格式為偏移的二進(jìn)制，為I時(shí)，數(shù)據(jù)輸出格式為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式；
0TR_A、0TR_B :兩通道的溢出標(biāo)志位；MUX_SELECT :數(shù)據(jù)復(fù)用模式選擇位，為0時(shí)，A通道數(shù)據(jù)從B通道輸出，B通道數(shù)據(jù)從A通道輸出，為I時(shí)，兩通道數(shù)據(jù)分別從各自通道輸出，該管腳接時(shí)鐘時(shí)，兩通道數(shù)據(jù)將復(fù)用輸出數(shù)據(jù)端口，此時(shí)數(shù)據(jù)輸出速率是采樣速率的兩倍。SENSE :基準(zhǔn)模式選擇位，該位為0時(shí)，使用內(nèi)部參考電壓，為I時(shí)，使用外部參考電壓。AD9248的原理是采用多個(gè)低精度閃爍式ADC對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分級(jí)量化，然后再將各級(jí)的量化結(jié)果組合，最后結(jié)合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)高精度的量化輸出。各級(jí)電路分別有自己的跟蹤保持電路，因此當(dāng)每級(jí)電路把信號(hào)傳給下級(jí)電路時(shí)就可接受上級(jí)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，每級(jí)電路一次采樣可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，同時(shí)也就存在一個(gè)流水線延遲的問(wèn)題。AD9248接收到CLK信號(hào)就開(kāi)始進(jìn)行采樣，由于流水線延遲，每次采樣的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果要等待7個(gè)時(shí)鐘周期后才能出現(xiàn)在輸出端。圖4顯示了 AD9248的采樣時(shí)序圖，如圖4所示，開(kāi)始采樣后，過(guò)了 7個(gè)周期才能得到第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，輸出數(shù)據(jù)延時(shí)tPD最大值為6ns。對(duì)應(yīng)于50MHz采樣系統(tǒng)，一個(gè)時(shí)鐘周期(20ns)中AD輸出端上數(shù)據(jù)的保持時(shí)間是比較寬裕的。圖5顯示了 AD9248的接口示意圖。AD9248的模擬信號(hào)輸入要求是差分的，因此，單端輸入的信號(hào)經(jīng)信號(hào)變壓器處理后變?yōu)椴罘中盘?hào)；而％0111是抬壓電平，一般取VCom為二分之一電源電壓；為保證AD轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，適用外部電壓參考比較合適，Vref是由穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生的穩(wěn)定電平；兩通道的采樣數(shù)據(jù)輸出拼在一起組成一個(gè)32位的數(shù)據(jù)，連在數(shù)據(jù)總線DM_D
上；AD9248兩個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)均由CPLD提供；電源休眠方式信號(hào)也連在CPLD上，接受CPLD的控制。另外，一些實(shí)施例中采用的SRAM可以是IS61LV51216，IS61LV51216是3. 3V供電的512K16bit異步CMOS靜態(tài)RAM，具有高速低功耗的特點(diǎn)圖。6顯示了 IS61LV51216的接
口示意圖。此外，一些實(shí)施例中采用的CPLD可以采用Xilinx公司生產(chǎn)的XC9500XL系列的CPLD-XC95144, XC95144。在本技術(shù)方案中，振動(dòng)信號(hào)由振動(dòng)傳感器陣列采集，然后由振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行預(yù)處理。其中，振動(dòng)傳感器可以選用朗斯公司的LT0106T，其頻率范圍為0. 04-1500HZ,分辨率為0. 00002g，靈敏度為1000mV/g，量程為5g。振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊包括信號(hào)獲取模塊和信號(hào)隔離濾波模塊。信號(hào)獲取模塊主要用于給振動(dòng)傳感器供電，同時(shí)獲取振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)；信號(hào)隔離濾波模塊主要完成模擬信號(hào)的隔離傳輸和濾波，以消除惡劣環(huán)境下電磁信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾。圖7顯示了信號(hào)獲取模塊在一種實(shí)施方式下的電路圖。如圖7所示，信號(hào)獲取模塊包括三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片U1，例如選用的LM317，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片Ul的第3端口接直流電源的正極，該直流電源的正極經(jīng)電源濾波電容C1、E1接地，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片Ul的第I端口和第2端口之間連接第一電阻R1，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片Ul的第2端口依次經(jīng)第二電容C2和第二電阻R2接地，第二電容C2和第二電阻R2串聯(lián)后跨接在振動(dòng)傳感器接口 Jl的兩端構(gòu)成交流容阻分壓電路，第二電容C2和第二電阻R2的節(jié)點(diǎn)為振動(dòng)傳感器的信號(hào)輸出端，三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片Ul和第一電阻Rl組成恒流源，為振動(dòng)傳感器提供穩(wěn)定的直流電源。
圖8顯示了一種實(shí)施方式中信號(hào)隔離濾波模塊的電路圖。圖8中，UlO為電流驅(qū)動(dòng)型光耦HCNR201，其工作原理是，發(fā)光二極管LED在外部電流的驅(qū)動(dòng)下發(fā)射一定光強(qiáng)的光線，光敏二極管HH、PD2接收到同一發(fā)光二極管LED發(fā)出的激勵(lì)光時(shí)，PDU PD2上的電流相同，可根據(jù)上述特性完成信號(hào)的隔離傳輸。U12A為運(yùn)算放大器LM358，其輸出為UlO中發(fā)光二極管LED提供激勵(lì)電流，R12、PDU +6V4DCI和-6V4DCI構(gòu)成負(fù)反饋電路，使U12A反相輸入端電壓跟隨輸入電壓Signal Out。當(dāng)輸入電壓Signal Out發(fā)生變化時(shí)，U12A改變輸出到發(fā)光二極管LED中的電流，至反相輸入端電壓等于輸入電壓Signal Out為止。+5VDC、PD2、R13和ClO共同組成信號(hào)隔離獲取電路，由于PD1、PD2上的電流相同，R13選取合適的電阻值即可完成信號(hào)的隔離傳輸。U11、R14、R15構(gòu)成同相放大器,放大倍數(shù)為2倍，Rll和Cll構(gòu)成低通濾波器，濾除有用頻帶以外的信號(hào)。圖9顯示了一種實(shí)施方式中，振動(dòng)信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)框圖。如圖8所示，觸發(fā)模塊3包括D/A轉(zhuǎn)換器31和比較器32,比較器32的輸入端與振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，比較器32的輸出端與主控模塊5的控制信號(hào)輸入端連接，多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器4的輸入端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，主控模塊5的控制信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器4的信號(hào)輸入通道連接，D/A轉(zhuǎn)換器31的模擬信號(hào)輸出通道與比較器32連接，多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器4的第一數(shù)據(jù)總線與主控模塊5的數(shù)據(jù)總線相連，該多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器4的第二數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)模塊7的數(shù)據(jù)總線相連，主控模塊5的通道控制接口與存儲(chǔ)模塊7的通道控制接口連接，主控模塊5還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接。其中，觸發(fā)模塊3完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)閥值的動(dòng)態(tài)設(shè)定及閥值超限觸發(fā)采集的功能。圖10顯示了一種實(shí)施方式中，觸發(fā)模塊3的電路圖，如圖10所示，U20為SPI接口 DA轉(zhuǎn)換器，其中，I腳為數(shù)字輸入端口、2腳為時(shí)鐘輸入端口、3腳為選用腳、6腳為基準(zhǔn)電壓輸入端口，與濾波電容E20和C22連接。5腳為地、8腳為電源端口、4腳和7腳分別為DA的模擬輸出端口，其輸出經(jīng)U21A和U21B組成的電壓跟隨器和R25、C24、R20、C21組成的低通濾波器后，作為觸發(fā)信號(hào)的門(mén)限電壓。圖11顯示了一種實(shí)施方式中，觸發(fā)模塊中的比較器的電路圖。閥值超限觸發(fā)功能主要由U22A LM393完成，其3腳接閥值設(shè)定信號(hào)VrefChlO，振動(dòng)信號(hào)AccAnaInputO經(jīng)隔離傳輸、濾波后送至U22A的2腳，當(dāng)AccAnaInputO大于VrefChlO時(shí)，U22使ARM_TrgChO為低電平，從而觸發(fā)高速數(shù)據(jù)采集。圖12顯示了一種實(shí)施方式中，多通道同步AD轉(zhuǎn)換器電路圖，圖中3、4、5號(hào)引腳為過(guò)采樣選擇端，分別與主控模塊中LPC2292對(duì)應(yīng)的過(guò)采樣選擇輸出引腳相連，進(jìn)行過(guò)采樣選擇；6號(hào)引腳為AD7606-6接口方式選擇，接低電平時(shí)選擇并行輸出方式，接高電平選擇串行輸出方式，本發(fā)明中接低電平選擇并行方式；7號(hào)引腳為掛起引腳，由主控模塊控制AD7606-6是否掛起，低電平有效；8號(hào)引腳為RANGE選擇輸入端，接100K電阻R500接地，同時(shí)與主控模塊LPC2292的AD_RangeSel引腳相連，當(dāng)RANGE輸入端為低電平時(shí)，采樣范圍為±5V，當(dāng)RANGE輸入端為高電平時(shí)，采樣范圍為±10V ；23號(hào)引腳為VDRIE引腳，采用
3.3V ;9、10號(hào)引腳為前三路、后三路采樣頻率輸入引腳；11號(hào)腳為RST引腳，當(dāng)AD7606-6正常工作前，需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作，由主控模塊進(jìn)行控制；12、13腳分別為讀取控制數(shù)據(jù)時(shí)AD7606-6的讀信號(hào)輸入引腳以及片選信號(hào)輸入引腳；14號(hào)腳為中斷輸出引腳，每次采樣完成，AD7606-6將輸出中斷信號(hào)通知LPC2292采樣結(jié)束；15號(hào)腳為FirstData標(biāo)志引腳，用于串行輸出方式中起標(biāo)記作用；44、45腳分別為前三路、后三路參考電容引腳，接IOuF電容C504后接46號(hào)腳AGND，保證采樣過(guò)程中參考電壓波形穩(wěn)定。圖13顯示了一種實(shí)施方式中采用的主控模塊CPU LPC2292的電路圖。圖14顯示了一種實(shí)施方式中采用的存儲(chǔ)模塊IS61WV102416BLL的電路圖。由圖13和圖14所示，J40、R40、R41、R41、R45和C40，共同組成U40的程序下載接口及系統(tǒng)上電復(fù)位電路。42和49腳為串口通信端口，主要與61850規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊通信。33腳和99腳為觸發(fā)信號(hào)輸入端口，當(dāng)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，由LPC2292啟動(dòng)數(shù)據(jù)采樣程序，59、61、68和12腳構(gòu)成SPI通信端口，主控CPU主要通過(guò)SPI端口向DA轉(zhuǎn)換器輸出設(shè)定閥值。100腳為AD轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)，表明AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，主控CPU可按照規(guī)定時(shí)序讀取AD轉(zhuǎn)換值。C43、C44、JT40和R45構(gòu)成主控CPU的振蕩時(shí)鐘，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定時(shí)鐘。Exi_DATA0-15為系統(tǒng)數(shù)據(jù)線。xi_ADD0_23為系統(tǒng)地址線。Exi_nRD、Exi_nffR分別為讀寫(xiě)控制信號(hào)。CS_SRAM和AD_CS分別為存儲(chǔ)模塊和AD轉(zhuǎn)換器的選通線。61850規(guī)約轉(zhuǎn)換模塊用0K6410嵌入式開(kāi)發(fā)板，主要完成61850標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將采集信息發(fā)送出去。上述振動(dòng)信號(hào)采集模塊的工作過(guò)程為進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集時(shí)，主控模塊輸出控制信號(hào)給多通道A/D轉(zhuǎn)換器，多通道A/D轉(zhuǎn)換器同時(shí)選通多個(gè)信號(hào)采集通道，例如6個(gè)，同時(shí)主控模塊按照預(yù)先設(shè)定的閥值輸出一定幅值的電壓控制信號(hào)，輸送至觸發(fā)模塊生成閥值電壓，信號(hào)調(diào)理模塊為振動(dòng)傳感器提供恒定電流，使傳感器正常工作，6路振動(dòng)傳感器的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊后輸送至多通道A/D轉(zhuǎn)換器的6個(gè)信號(hào)采集通道，振動(dòng)傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊的一路輸出信號(hào)進(jìn)入觸發(fā)模塊，經(jīng)比較器與閥值電壓比較，當(dāng)超過(guò)閥值電壓時(shí)，觸發(fā)模塊輸出采集控制信號(hào)至主控模塊，該主控模塊啟動(dòng)振動(dòng)信號(hào)采集流程。要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括 若干個(gè)傳感器陣列，分別對(duì)應(yīng)采集若干個(gè)物理參量，并將物理參量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理參量信號(hào)； 若干個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊，其分別與所述各傳感器陣列對(duì)應(yīng)連接，對(duì)各物理參量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理； 若干個(gè)信號(hào)采集模塊，其分別與所述各信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)應(yīng)連接，采集各經(jīng)過(guò)預(yù)處理的物理參量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)； 一服務(wù)器，其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所述各信號(hào)采集模塊連接，接收各信號(hào)采集模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述若干個(gè)傳感器陣列包括一特高頻傳感器陣列、一振動(dòng)傳感器陣列和一 AE傳感器陣列；所述若干個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊包括一特高頻信號(hào)調(diào)理模塊、一振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊和一 AE信號(hào)調(diào)理模塊；所述若干個(gè)信號(hào)采集模塊包括一特高頻信號(hào)采集模塊、一振動(dòng)信號(hào)采集模塊和一 AE信號(hào)采集模塊；所述特高頻傳感器陣列包括若干個(gè)特高頻傳感器；所述振動(dòng)傳感器陣列包括若干個(gè)振動(dòng)傳感器；所述AE傳感器陣列包括若干個(gè)AE傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述特高頻信號(hào)調(diào)理模塊和AE信號(hào)調(diào)理模塊均包括沿特高頻信號(hào)和AE信號(hào)的輸入方向依次連接的差分放大器、低通濾波器和信號(hào)隔離電路，以對(duì)特高頻信號(hào)和AE信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。
4.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊包括信號(hào)獲取模塊和信號(hào)隔離濾波模塊 所述信號(hào)獲取模塊包括三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片(Ul )，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片(Ul)的第3端口接直流電源的正極，該直流電源的正極經(jīng)電源濾波電容(C1、E1)接地，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片(Ul)的第I端口和第2端口之間連接第一電阻(Rl )，該三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片(Ul)的第2端口依次經(jīng)第二電容(C2 )和第二電阻(R2 )接地，所述的第二電容(C2 )和第二電阻(R2)串聯(lián)后跨接在振動(dòng)傳感器接口(Jl)的兩端構(gòu)成交流容阻分壓電路，所述的第二電容(C2)和第二電阻(R2)的節(jié)點(diǎn)為振動(dòng)傳感器(I)的信號(hào)輸出端，所述三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片(Ul)和第一電阻(Rl)組成恒流源，為所述的振動(dòng)傳感器(I)提供穩(wěn)定的直流電源；所述信號(hào)隔離濾波模塊包括隔離電路及容阻濾波電路，所述隔離電路包括線性光耦。
5.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述特高頻信號(hào)采集模塊和AE信號(hào)采集模塊均包括 一 AD芯片，其與所述信號(hào)調(diào)理模塊連接； 一復(fù)雜可編程邏輯器件，其與AD芯片連接，控制AD芯片進(jìn)行信號(hào)采集； 一存儲(chǔ)器，其數(shù)據(jù)總線與所述復(fù)雜可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)總線連接。
6.如權(quán)利要求5所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)器具有SRAM存儲(chǔ)陣列。
7.如權(quán)利要求5所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述AD芯片為雙通道AD芯片，采樣頻率大于50MHz。
8.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)信號(hào)采集模塊包括一觸發(fā)模塊，一多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器、一主控模塊和一存儲(chǔ)模塊；其中 所述觸發(fā)模塊包括D/A轉(zhuǎn)換器和比較器，所述比較器的輸入端與振動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，比較器的輸出端與主控模塊的控制信號(hào)輸入端連接，所述多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，所述主控模塊的控制信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入通道連接，D/A轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出通道與比較器連接，多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的第一數(shù)據(jù)總線與主控模塊的數(shù)據(jù)總線相連，該多通道同步A/D轉(zhuǎn)換器的第二數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)總線相連，所述主控模塊的通道控制接口與存儲(chǔ)模塊的通道控制接口連接，所述主控模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器連接。
9.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)，所述特高頻傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)，所述AE傳感器的個(gè)數(shù)為6個(gè)。
10.如權(quán)利要求2所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)傳感器的頻率范圍為0. 04-1500HZ。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括若干個(gè)傳感器陣列，分別對(duì)應(yīng)采集若干個(gè)物理參量，并將物理參量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理參量信號(hào)；若干個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊，其分別與所述各傳感器陣列對(duì)應(yīng)連接，對(duì)各物理參量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；若干個(gè)信號(hào)采集模塊，其分別與所述各信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)應(yīng)連接，采集各經(jīng)過(guò)預(yù)處理的物理參量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；一服務(wù)器，其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與所述各信號(hào)采集模塊連接，接收各信號(hào)采集模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。本發(fā)明所述的多傳感器陣列的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的多個(gè)物理參量進(jìn)行采集，在對(duì)這些物理參量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)電力設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估。
文檔編號(hào)G01R31/00GK103063954SQ20121057402
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者陳靜, 白萬(wàn)建, 劉亞?wèn)|, 盛戈皞, 王磊, 楊衛(wèi)東, 張衛(wèi)國(guó), 崔榮花, 胡岳, 錢勇, 江秀臣 申請(qǐng)人:山東電力集團(tuán)公司菏澤供電公司, 上海交通大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司