[发明专利]一种用于风力发电机的振动分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动分析仪，尤其是一种用于采集、分析风力发电机组的振动分析仪，属于电气控制技术领域。

背景技术

风力发电机组由于安装在比较高的塔筒顶部，离地高度通常都在70米以上，风力发电机组要承受风力和机组内主轴及发电机轴的旋转动能，这些都将造成风机的振动，如果振幅过大，必将给离地如此之高的风机带来不良影响，甚至是严重破坏，所以实时监测风机振动，并在振幅超过设定阈值时及时报警和进行智能化干预就显得尤为重要，振动分析仪的作用便是完成这项工作。

现有技术的振动分析仪，都是采用ARM处理器进行数据计算和处理，ARM是一个高端的单片机，其优点是控制功能比较强，其不足之处是数学运算能力较弱，现有使用ARM处理器的振动分析仪，在数学运算和信号处理上存在不足，自身不能实现倾角计算和频谱计算功能，也无法实现对风机振动分析很有用处的倾角输出和频谱输出。同时，现有技术的振动分析仪，由于采用简单的数字输出型加速度传感器、缺少同步模数转换器等元器件，因此还存在采样效率低、双轴采集不同步、反应速度较慢，分辨率低，线性度较差等不足。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出一种用于风力发电机用振动分析仪，它由精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器、参数存储器、同步模数转换器和DSP处理器构成，通过精密MEMS加速传感器采集风机的振动信息，通过同步模数转换器进行高速采样并将振动信息转换成DSP处理器能够识别的数据，通过DSP处理器进行数据运算、分析和处理，并通过串行通讯模块实时输出当前的各种振动数据信息，通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号给PLC或其他后续硬件，控制风电机组对超过设定阈值的振动情况采取相应措施。本发明的耐机械冲击能力强、控制精度高、响应时间快，且能实现倾角输出和频谱输出。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种用于风力发电机的振动分析仪，包括精密MEMS加速度传感器、光电隔离模块、串行通讯模块、继电器和参数存储器，其结构特点为：振动分析仪的计算和控制系统采用了DSP处理器，在DSP处理器的信号输入端还设置了同步模数转换器，同步模数转换器的输出端连接DSP处理器的输入端，同步模数转换器的输入端连接精密MEMS加速度传感器的输出端，精密MEMS加速度传感器的输入端采集风机的振动数据；参数存储器也连接在DSP处理器上，参数存储器与DSP处理器进行双向数据传输，DSP处理器的控制信号输出端连接光电隔离模块的输入端，光电隔离模块的输出端连接继电器的输入端，继电器的输出端连接PLC或其他后续硬件；DSP处理器的通讯信号输出端连接串行通讯模块的输入端，串行通讯模块的输出端连接风力发电机组的信号显示设备，DSP处理器将接收到的振动数据进行计算、处理和比对，然后通过串行通讯模块输出通讯信息，当比对超过设定阈值后，DSP处理器还将通过光电隔离模块和继电器输出电气控制信号。

上述用于风力发电机的振动分析仪，在DSP处理器内设置了FIR滤波器程序，该FIR滤波器程序是一个工作频率为0~0.05Hz，采样频率为4Hz的低通滤波程序，在FIR滤波程序内，设Xn为输入信号序列、输入信号序列依次为Xn、X_n-1、X_n-2、X_n-3……X_n-n，设hn序列为滤波器的系数，滤波器系数依次为h0、h1、h2、h3……hn，依次用输入信号乘以滤波器系数并求和，即Xn×h0+X_n-1×h1+ X_n-2×h2+X_n-3×h3+……+ X_n-n×hn，就得到滤波后的输出信号Yn，该FIR滤波器抑制0.05Hz以上的信号，并将0.05Hz以下的信号设为重力加速度信号Gx，设G为重力加速度9.8m/s²，设a为轴向与水平面的倾角：

Gx=G×sin(a)

a=arcsin(Gx/G)

DSP处理器计算出a值，并通过串行通讯模块输出到人机界面显示屏上，即实现了倾角输出。

上述用于风力发电机的振动分析仪，在DSP处理器内设置了基2-FFT快速傅里叶变换算法，设置采样频率Fs为40Hz，最大信号频率F_max与采样频率Fs根据耐奎斯特采样定律有如下关系：

Fs≥2*Fmax