本發明涉及鍵相信號跟蹤，屬于汽輪(lun)機tsi安(an)全監(jian)視系統領域。

背景技術：

1、汽(qi)輪機(ji)tsi系(xi)統(turbine?supervisory?instruments，汽(qi)輪機(ji)監(jian)(jian)視系(xi)統)能(neng)連續地監(jian)(jian)測(ce)汽(qi)輪機(ji)的各種(zhong)重(zhong)要(yao)參(can)(can)(can)數(shu)(shu)，例如：可(ke)對轉速(su)、超速(su)保護、偏心、軸(zhou)振(zhen)、瓦振(zhen)、軸(zhou)位移、脹(zhang)差(cha)、熱膨脹(zhang)等參(can)(can)(can)數(shu)(shu)進行(xing)監(jian)(jian)測(ce)，幫(bang)助運行(xing)人員判明機(ji)器(qi)故障，使得這(zhe)些(xie)故障在引起嚴重(zhong)損壞前(qian)能(neng)及時遮斷汽(qi)輪發電機(ji)組，保證(zheng)機(ji)組安全(quan)。除(chu)以上參(can)(can)(can)數(shu)(shu)外，還有鍵(jian)(jian)(jian)相參(can)(can)(can)數(shu)(shu)，單獨測(ce)量鍵(jian)(jian)(jian)相一(yi)般(ban)沒什(shen)么實(shi)際意(yi)義，將鍵(jian)(jian)(jian)相轉換為(wei)轉速(su)信(xin)(xin)號(hao)可(ke)以監(jian)(jian)測(ce)大(da)軸(zhou)的轉速(su)，將鍵(jian)(jian)(jian)相與(yu)偏心結(jie)合可(ke)以監(jian)(jian)測(ce)大(da)軸(zhou)彎曲(qu)，將鍵(jian)(jian)(jian)相與(yu)振(zhen)動結(jie)合可(ke)以監(jian)(jian)測(ce)振(zhen)動方(fang)向等，因(yin)此鍵(jian)(jian)(jian)相參(can)(can)(can)數(shu)(shu)為(wei)其它(ta)監(jian)(jian)測(ce)功能(neng)提供依據，顯然鍵(jian)(jian)(jian)相信(xin)(xin)號(hao)的穩定準確測(ce)量尤為(wei)重(zhong)要(yao)和關(guan)鍵(jian)(jian)(jian)。

2、鍵相(xiang)測量(key?phase?measurement)，就是通(tong)過在(zai)被測軸(zhou)上設置(zhi)(zhi)一(yi)個凹槽，稱鍵相(xiang)標記。機械轉(zhuan)動(dong)過程(cheng)中，當(dang)(dang)這(zhe)個凹槽轉(zhuan)到探頭(tou)位(wei)置(zhi)(zhi)時，相(xiang)當(dang)(dang)于探頭(tou)與被測面間距突變，傳感器會產生(sheng)一(yi)個脈(mo)沖信號。軸(zhou)每(mei)轉(zhuan)一(yi)圈，就會產生(sheng)一(yi)個脈(mo)沖信號，產生(sheng)的時刻表明了軸(zhou)在(zai)每(mei)轉(zhuan)周(zhou)期中的位(wei)置(zhi)(zhi)。

3、通(tong)過鍵(jian)相(xiang)側(ce)監測，記錄鍵(jian)相(xiang)側(ce)脈沖次數，可以測量軸(zhou)的(de)(de)轉速(su)；通(tong)過將脈沖與軸(zhou)的(de)(de)振動(dong)信號比較，可以確定振動(dong)的(de)(de)相(xiang)位角(jiao)，用(yong)于軸(zhou)的(de)(de)動(dong)平(ping)衡(heng)分析以及設(she)備的(de)(de)故障(zhang)分析與診斷等方(fang)面。這是鍵(jian)相(xiang)的(de)(de)兩個主(zhu)要作用(yong)。

4、圖1是(shi)汽(qi)輪機大(da)軸鍵(jian)相(xiang)凹槽(cao)的示意(yi)圖，一般我們通過(guo)專用的探頭進行鍵(jian)相(xiang)的監測(ce)，不(bu)管是(shi)哪個(ge)品牌的探頭，探頭安裝位置與大(da)軸的最(zui)短距離在1～2mm。距離過(guo)短容易打傷探頭，過(guo)長會造(zao)成監測(ce)信號的不(bu)明顯。

5、一(yi)般鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)探(tan)頭需要外供(gong)12vdc或24vdc電(dian)(dian)源，圖2是一(yi)般鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)監測(ce)的(de)示意圖，附(fu)圖標記14可以采用(yong)霍爾傳(chuan)感器，現(xian)有鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號的(de)測(ce)量(liang)是設(she)置(zhi)固定(ding)的(de)閾值(zhi)電(dian)(dian)壓(ya)；汽(qi)輪(lun)機(ji)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)額定(ding)頻率(lv)50hz，盤車時需要監測(ce)到的(de)最小頻率(lv)是0.05hz，通常為負(fu)(fu)電(dian)(dian)平信(xin)(xin)(xin)號，脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)寬度(du)個(ge)體(ti)差(cha)異(yi)大(da)，與發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)及齒槽大(da)小有關；脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)幅(fu)值(zhi)個(ge)體(ti)差(cha)異(yi)較大(da)，與發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)有關，鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)頻率(lv)的(de)測(ce)量(liang)需要將鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號轉(zhuan)成方波給到測(ce)量(liang)單元，其(qi)中(zhong)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號轉(zhuan)成方波就需要在(zai)(zai)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號的(de)負(fu)(fu)脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)上(shang)加(jia)閾值(zhi)電(dian)(dian)壓(ya)，而手(shou)動設(she)置(zhi)的(de)閾值(zhi)電(dian)(dian)壓(ya)是固定(ding)的(de)，在(zai)(zai)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號負(fu)(fu)脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)幅(fu)值(zhi)大(da)小發(fa)(fa)生變化時，閾值(zhi)電(dian)(dian)壓(ya)會(hui)發(fa)(fa)生跟蹤不上(shang)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號的(de)問(wen)題，導致方波輸出中(zhong)斷(duan)，進而監測(ce)不到鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)信(xin)(xin)(xin)號的(de)頻率(lv)，其(qi)中(zhong)，圖3是一(yi)個(ge)鍵相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)監測(ce)的(de)脈(mo)沖(chong)(chong)(chong)示意圖。

技術實現思路

1、本發(fa)明的(de)目(mu)的(de)是為(wei)了解決鍵相信號(hao)(hao)負脈沖幅值大小發(fa)生變化時(shi)，閾值電壓(ya)跟(gen)(gen)蹤(zong)不(bu)上鍵相信號(hao)(hao)，導致方波輸出中斷，進而監測不(bu)到鍵相信號(hao)(hao)頻率的(de)問題，提出了汽(qi)輪機(ji)鍵相信號(hao)(hao)自(zi)動(dong)跟(gen)(gen)蹤(zong)測量模塊。

2、汽輪(lun)機鍵(jian)相信號自動(dong)跟蹤(zong)測(ce)量模塊，所述測(ce)量模塊包括反向衰減電(dian)(dian)路(lu)、mcu電(dian)(dian)路(lu)、兩路(lu)dac輸出電(dian)(dian)路(lu)、閾值電(dian)(dian)壓比較電(dian)(dian)路(lu)、矩形(xing)波輸出電(dian)(dian)路(lu)和fpga測(ce)量頻(pin)率(lv)電(dian)(dian)路(lu)；

3、反向(xiang)衰(shuai)(shuai)減(jian)電(dian)(dian)路(lu)(lu)，用于將傳感器輸(shu)出(chu)的(de)負脈(mo)沖信號轉換成(cheng)正(zheng)(zheng)脈(mo)沖信號，對(dui)正(zheng)(zheng)脈(mo)沖信號進(jin)行多倍衰(shuai)(shuai)減(jian)，獲得衰(shuai)(shuai)減(jian)后(hou)信號幅值(zhi)同(tong)時發送(song)至mcu電(dian)(dian)路(lu)(lu)和閾值(zhi)電(dian)(dian)壓比較電(dian)(dian)路(lu)(lu)；

4、mcu電(dian)路內(nei)預設采(cai)(cai)樣周(zhou)期(qi)和采(cai)(cai)樣有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)(ya)個(ge)數(shu)，用于在每個(ge)采(cai)(cai)樣周(zhou)期(qi)內(nei)依次采(cai)(cai)集(ji)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值，判斷每采(cai)(cai)集(ji)到(dao)的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值是(shi)否(fou)在預設有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)(ya)范圍內(nei)，如果(guo)是(shi)，則保(bao)留(liu)對(dui)應(ying)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值，如果(guo)否(fou)，則舍棄對(dui)應(ying)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值；當每個(ge)周(zhou)期(qi)內(nei)保(bao)留(liu)的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值個(ge)數(shu)達(da)到(dao)預設采(cai)(cai)樣有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)(ya)個(ge)數(shu)時，計算保(bao)留(liu)的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)后(hou)信(xin)號(hao)幅(fu)(fu)值的(de)(de)(de)平均(jun)值，作為鍵(jian)相信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)相對(dui)均(jun)值；其中(zhong)，在第一(yi)個(ge)采(cai)(cai)樣周(zhou)期(qi)時，預設有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)(ya)范圍為設定的(de)(de)(de)零點(dian)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)±2v范圍；在接下來的(de)(de)(de)采(cai)(cai)樣周(zhou)期(qi)時，預設有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)(ya)范圍為在上一(yi)個(ge)周(zhou)期(qi)的(de)(de)(de)鍵(jian)相信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)相對(dui)均(jun)值上±2v的(de)(de)(de)范圍；

5、檢測(ce)每個周期(qi)得到的(de)(de)鍵(jian)相(xiang)信(xin)號(hao)的(de)(de)相(xiang)對均值是否在(zai)預設鍵(jian)相(xiang)電壓范(fan)圍內，如(ru)果是，將(jiang)(jiang)鍵(jian)相(xiang)信(xin)號(hao)的(de)(de)相(xiang)對均值發送(song)給兩路dac輸出電路；如(ru)果否，將(jiang)(jiang)鍵(jian)相(xiang)信(xin)號(hao)的(de)(de)相(xiang)對均值發送(song)給人(ren)機(ji)交互單(dan)元(yuan)；

6、兩路(lu)dac輸出電路(lu)，用于(yu)對(dui)鍵相信(xin)號的相對(dui)均值加減預設值，獲(huo)得閾值的高限(xian)電壓(ya)值和(he)低限(xian)電壓(ya)值，發送至閾值電壓(ya)比(bi)較(jiao)電路(lu)；

7、閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)電壓(ya)比(bi)較電路，內含(han)2個(ge)比(bi)較器，采集(ji)到的(de)所述衰(shuai)減后信號幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和(he)閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)高限電壓(ya)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)輸(shu)(shu)入至一個(ge)比(bi)較器中，輸(shu)(shu)出(chu)(chu)一個(ge)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，采集(ji)到的(de)所述衰(shuai)減后信號幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和(he)閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)低(di)限電壓(ya)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)輸(shu)(shu)入至另一個(ge)比(bi)較器中，輸(shu)(shu)出(chu)(chu)另一個(ge)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，將2個(ge)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)給矩(ju)形波輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電路；

8、矩形(xing)(xing)波輸出(chu)電路，內含1個d觸(chu)發器(qi)，用(yong)于接收(shou)2個輸出(chu)值(zhi)，輸出(chu)矩形(xing)(xing)波，發送至tsi鍵相測量模塊。

9、優(you)選(xuan)地，預設采樣周期為(wei)50ms，采樣有效電壓個數為(wei)20個。

10、優選(xuan)地，所(suo)述測(ce)量(liang)模(mo)塊還包括(kuo)fpga測(ce)量(liang)頻率電路；

11、fpga測量頻率電路，用于采集矩形(xing)波輸出(chu)電路輸出(chu)的(de)矩形(xing)波進行計數測量，獲得頻率，發送給mcu電路；

12、mcu電路(lu)，還(huan)用于采(cai)集所述頻率，發送至人機交(jiao)互單元(yuan)進(jin)行顯示。

13、優選(xuan)地，所述測量(liang)模塊還包括線性光耦隔離電路和低頻濾波電路；

14、反向衰減(jian)電(dian)(dian)路(lu)和mcu電(dian)(dian)路(lu)之(zhi)間依次連(lian)接線(xian)性(xing)光耦隔離電(dian)(dian)路(lu)和低頻濾波電(dian)(dian)路(lu)；

15、線性光(guang)耦隔離電(dian)路(lu)(lu)和(he)低頻濾波電(dian)路(lu)(lu)，分別用(yong)于對反向(xiang)衰(shuai)減電(dian)路(lu)(lu)的(de)輸出與mcu電(dian)路(lu)(lu)的(de)輸入進行(xing)模擬信號隔離和(he)濾波。

16、優選地，所(suo)述測量模塊還包括(kuo)信號隔離電路；

17、信號(hao)隔離電(dian)路(lu)連接在mcu電(dian)路(lu)和兩路(lu)dac輸出電(dian)路(lu)之間；

18、信號隔離電路(lu)，用于(yu)對mcu電路(lu)的(de)輸出(chu)和(he)兩路(lu)dac輸出(chu)電路(lu)的(de)輸入進行信號隔離。

19、優選地，所(suo)述測量模塊還包括光耦隔離電(dian)路；

20、光耦隔(ge)離電路連接(jie)在矩形波輸出電路和tsi鍵(jian)相測量模塊之間；

21、光耦隔(ge)離(li)(li)電路，用于對矩(ju)形波輸(shu)出(chu)電路的(de)輸(shu)出(chu)和tsi鍵相測量模塊的(de)輸(shu)入進行信號隔(ge)離(li)(li)。

22、優(you)選地，多(duo)倍衰減為10倍衰減。

23、本發(fa)明的有益效果是：

24、本發明是一種閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)壓自(zi)動(dong)跟(gen)蹤鍵相信(xin)號(hao)的(de)(de)測(ce)量(liang)模塊，首先將(jiang)有(you)(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)衰(shuai)減后信(xin)號(hao)幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)留下，將(jiang)無效(xiao)(xiao)的(de)(de)衰(shuai)減后信(xin)號(hao)幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)舍棄，因(yin)此，舍棄影(ying)響誤(wu)差(cha)的(de)(de)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，使(shi)輸(shu)出更穩(wen)(wen)定；再利(li)用每個周期內有(you)(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)衰(shuai)減后信(xin)號(hao)幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)計算平均值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，對(dui)平均值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)加(jia)減預設(she)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，獲得閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)高限(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和低(di)限(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)；因(yin)此，根據采集(ji)的(de)(de)鍵相信(xin)號(hao)的(de)(de)幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(衰(shuai)減后信(xin)號(hao)幅值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi))大小進(jin)行(xing)實時調整閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)高限(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和低(di)限(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，可以替換現有(you)(you)手動(dong)設(she)置固定閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)壓輸(shu)出的(de)(de)方式(shi)，從而(er)利(li)用閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)壓跟(gen)蹤鍵相信(xin)號(hao)，使(shi)汽輪機tsi監(jian)測(ce)系統(tong)更加(jia)穩(wen)(wen)定，真正做(zuo)到(dao)實時監(jian)測(ce)傳感器(qi)信(xin)號(hao)，防止(zhi)誤(wu)動(dong)作。

技術特征：

1.汽輪機鍵(jian)相信號自動跟蹤測(ce)量(liang)模塊(kuai)，其特征在于(yu)，所述測(ce)量(liang)模塊(kuai)包括反向衰減電(dian)路(lu)(1)、mcu電(dian)路(lu)(4)、兩路(lu)dac輸(shu)出電(dian)路(lu)(6)、閾值電(dian)壓比較電(dian)路(lu)(7)、矩形(xing)波輸(shu)出電(dian)路(lu)(8)和(he)fpga測(ce)量(liang)頻率電(dian)路(lu)(10)；

2.根據權利要(yao)求1所述的汽輪機鍵相信號(hao)自動(dong)跟蹤測量模塊，其特征在(zai)于，預設采樣(yang)周期為50ms，采樣(yang)有效電壓(ya)個(ge)數為20個(ge)。

3.根據權利要求1所述的汽輪機鍵相信(xin)號(hao)自動跟蹤測(ce)(ce)量(liang)模塊(kuai)，其特征在于，所述測(ce)(ce)量(liang)模塊(kuai)還包括(kuo)fpga測(ce)(ce)量(liang)頻率電(dian)路(10)；

4.根(gen)據權利(li)要求1所(suo)(suo)述的汽輪機(ji)鍵相信(xin)號自(zi)動(dong)跟蹤測量模(mo)塊(kuai)，其(qi)特征在于(yu)，所(suo)(suo)述測量模(mo)塊(kuai)還包(bao)括線(xian)性光耦隔離電(dian)路(2)和低(di)頻(pin)濾波電(dian)路(3)；

5.根據權(quan)利(li)要求(qiu)1所述的(de)汽輪機鍵相信號自動跟(gen)蹤測量(liang)模(mo)塊，其特征在于，所述測量(liang)模(mo)塊還包(bao)括信號隔離電路(5)；

6.根據權(quan)利(li)要求1所述(shu)的(de)汽輪機鍵相(xiang)信號(hao)自動(dong)跟蹤測(ce)量(liang)模塊(kuai)，其特(te)征在于，所述(shu)測(ce)量(liang)模塊(kuai)還包括光耦隔離電路(lu)(9)；

7.根據權利要求1所述的汽輪機(ji)鍵相信號自(zi)動(dong)跟蹤測量模塊，其特征(zheng)在于，多倍衰減(jian)為10倍衰減(jian)。

技術總結
汽輪機鍵相信號自動跟蹤測量模塊，屬于汽輪機TSI安全監視系統領域。本發明為了解決閾值電壓跟蹤不上鍵相信號，導致方波輸出中斷，進而監測不到鍵相信號頻率的問題。反向衰減電路將傳感器輸出的負脈沖信號轉換成正脈沖信號，再進行多倍衰減，得到衰減后信號幅值；MCU電路計算每個周期內衰減后信號幅值的平均值，作為鍵相信號的相對均值；檢測每個周期得到的鍵相信號的相對均值是否在預設鍵相電壓范圍內，再將該均值發送給兩路DAC輸出電路，對鍵相信號的相對均值加減預設值，獲得閾值的高限電壓值和低限電壓值；根據閾值的高限電壓值、低限電壓值和所述衰減后信號幅值，獲得2個輸出值，再輸出矩形波發送至TSI鍵相測量模塊。用于自動跟蹤傳感器的輸出。

技術研發人員：杜繼光,孫景秋,董永超,欒成,韓志相,劉忠濤,何喜輝,郭德軍,崔棟良,張強
受保護的技術使用者：哈爾濱汽輪機廠有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19