专利名称：水轮发电机组轴向位移的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水电站的水轮发电机组轴向位移的检测装置。
背景技术：
随着我国水力资源的逐步开发，大中型水轮机组不断投产，使得大型水轮机组在整个电网中的比重越来越大，年平均发电时间延长，检修时间缩短，一旦事故停机，造成的经济损失极为严重。因此，保证大型水轮机组的正常安全运行，对其状态进行监测，及时发现故障征兆，开展水轮机组故障诊断研究十分必要。在故障诊断研究中，研究水轮机振动是直接关系到水轮发电机组正常运行的一项重要指标。在《水利水电技术》1995(3)中的“水轮发电机组运行状态监测”、《哈尔滨工业大学学报》1998(增)中的“水轮发电机组动力稳定性研究”公开了上述的相关内容。
水轮发电机组的振动信息在很大程度上会在其轴向位移信息中体现出来。因此，水轮发电机组的轴向位移信息的检测，对保证水轮发电机组运转的安全性、可靠性和稳定性有着十分重要的作用。《中山大学学报(自然科学版)》2003(增2)中的“水轮发电机组大轴位移”、《广东水利水电》2002(1)中的“水轮发电机组大轴位移问题的分析与处理”和《振动工程学报》2000(增)中的“水轮发电机轴系振动计算”公开了相关内容。
传统的水轮发电机轴向位移检测的方式有以下几种(1)机械式液动轴向位移监视保护装置。该装置结构简单、动作可靠，调整容易。但它不带指示表，在运行中不能监视轴位移的变化情况，触头直接与转子凸缘相接触，运行中会磨损，影响准确度。
(2)液压式轴向位移保护装置。该装置是没有机械磨损问题，保护运行准确可靠，但不能精确指示轴向位移值，只能从监视压力表油压的变化粗略地看出位移变化情况，且位移和油压之间关系不呈线性，调整不大方便，当压力油压变化较大时，必须更换错油门上的弹簧，增加了调节系统的复杂性。
(3)电感式轴向位移测量保护装置。它是利用电磁感应原理工作的。轴向位移发讯器将转子机械位移变量转换成感应电压的变量，一方面通过电气仪表指示出转子轴向位移的变化，另一方面通过继电器去驱动声光报警电路或发出跳闸停机信号，从而达到保护作用。该装置没有机械的磨损，不受油压变化的影响，但检测功能较为单一。
(4)基于单片机的智能型轴向位移监测仪。随着现代电子监测技术和微机技术的发展，基于单片机的智能型监测仪表已成为方向。但是其一次取样信号多是电信号，容易受恶劣的现场环境的干扰，而且由于单片机本身的局限性，如指令执行周期长等弱点，很难采集到快速、精确的变化。
现有的部分大型水电站是采用高精度传感器进行在线监测，但这种方式成本高，采用的传感器有赖于进口，系统可维护性不高，难以加以推广应用。
中国专利文献CN2602385公开了一种超声波测距仪，由主机和标靶组成，主机电源经测量开关、电源稳压电路向中央微处理器输入测量信号，中央微处理器输出测量信号经转换开关或者接超声波发射电路或者接红外线发射电路，经超声波发射电路、主机超声波发射/接收传感器发射接收测量信号后接主机放大电路，所述红外线发射电路发射的测量信号经红外线接收电路、标靶放大电路、振荡电路标靶超声波发射电路、标靶超声波发射传感器发射、标靶超声波接收传感器接收、前置放大电路放大后接主机放大电路，所述主机放大电路的输出经积分电路积分后输入微处理器计算测量值，所述测量值由液晶显示器显示和存储器存储。
中国专利文献CN2657016公开了一种具有灵敏度自动增益功能的超声波测距装置，该装置包括有微处理器；一超声波发射电路；一超声波接收电路；一回波信号放大电路；一回波信号检波电路、一显示电路和一数字电位器，该数字电位器与微处理器和回波信号放大电路的运算放大器相连接，微处理器控制数字电位器，使该数字电位器自动改变其输出阻值来调整回波信号的放大倍率，使得在整个测距离的过程中获得比较均衡的回波信号，并且在不影响近距离测距离的同时有效地屏蔽了测地等误显信号的产生。
中国专利文献CN1099870公开了一种超声波测距方法及装置，其特征是发射波为由多个方形包络脉冲波构成具有时序特征的脉冲信号波，各个方形包络脉冲波其重复周期脉冲宽度预先设定，微机只对具有时序特征的信号选通。
中国专利文献CN2645091公开了一种收发同体型超声测距仪，它包括换能器、发射电路、接收电路、单片机控制器，换能器与发射电路、接收电路相连接，发射电路、接收电路分别与单片机控制器相连接，单片机控制器与上位机相连接；单片机控制器控制发射电路，使超声波发射电路驱动换能器定时发射超声波窄脉冲串信号，同时换能器接收反射波，接收电路将反射波放大处理后传送给单片机控制器，单片机控制器捕捉发射波和反射波的峰值所对应的时间间隔，再将时间信号以RS-485总线标准发射到上位机。
上述现有技术中的超声波测距装置，都是利用微处理器控制超声波的发射和接收，利用超声波的发射和接收的时间间隔计算被测距离。但是，由于空气中的声速受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、灰尘量、风速等，而上述技术方案都没有采取相应的补偿措施，因此其检测结果误差较大，一般在10mm以上，根本不能满足水轮发电机组轴向位移检测的、误差要求小于0.1mm的精度要求。
中国专利文献CN2356355公开了一种超声波测距装置，该装置采用了增益放大、峰值检测及渡越时间检测。增益放大电路用来调整前置放大产生的回波信号的幅值；峰值检测电路用于消除干扰信号，检测出回波峰值进入单片机A/D转换通道；渡越时间检测电路用来判断是否回波，若是回波，则停止计时器，请求单片机中断，读入计时值，由单片机完成距离计算。同时采用了温度检测电路，作为温度补偿以校正声速。
日本专利文献JP11044759公开了一种能精确补偿空气温度的影响的超声波测距仪。该超声波测距仪具有信号发射装置、信号接收装置、脉冲信号生成装置和距离计算装置。脉冲信号生成装置生成的脉冲信号的频率随温度的变化而改变。信号发射装置发出一超声波至被测物，直至信号接收装置收到经反射的超声波，距离计算装置计算脉冲信号的个数并根据所述脉冲信号个数计算与被测物的间距。
日本专利文献JP2000088959也公开了一种与日本专利文献JP11044759相类似的超声波测距仪，其区别特征是所采用的频率信号可调。
上述现有技术中的超声波测距装置，也是利用微处理器控制超声波的发射和接收，利用超声波的发射和接收的时间间隔计算被测距离，虽然采取了温度补偿措施，但仍不能满足水轮发电机组轴向位移的检测的精度要求。一方面，声速受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、灰尘量、风速等，仅采取温度补偿措施是不够的。另一方面，上述技术方案中的检测装置仅采用单片机作为中央控制单元，其计算速率和精度不够高。其原因主要是受所采用的微处理器的指令执行时间和微处理器中断响应时间的影响，比如微处理器采用目前比较常用的51系列单片机，若采用晶振为12MHz，其一个机器周期尚需1us时间，进入中断，还需要进行跳转，压栈等过程指令，工作速率较低，同时还存在6-10us的误差，按照声波在空气的传播速度340m/s计算，则会导致测量距离产生2.04-3.4mm的误差。而水轮发电机组轴向位移检测的报警限为±5mm，水轮发电机组因震动而发生的轴向位移速率和频率较高，故而现有技术中的检测装置远不能满足水轮发电机组轴向位移检测的速率要求和精度要求。另外，即便通过提高单片机所用晶振的工作频率以提高单片机的运行速率并精度，但随之带来的问题是单片机的工作稳定性和可靠性将大打折扣，不适于稳定度要求较高的水轮发电机组轴向位移检测的实际要求。
中国专利文献CN2591642公开了一种超声波测距装置，它由超声波发生器、脉冲调制器、放大器、发射换能器、接收换能器、滤波放大器、检波器、时钟脉冲发生器、显示器、蜂鸣器和控制器电路与部件组成，其控制器用一片CPLD芯片实现。该装置能测量换能器与目标物体之间的距离，测试结果通过数码管显示，当实测距离小于预置门限值时，蜂鸣器报警。该装置的不足之处在于，一方面，该装置没有考虑空气中的声速可能受到的如环境温度、湿度、灰尘量、风速等因素的影响；另一方面，该装置仅采用CPLD采集超声波传播时间并通过数码管显示显示目标物体的距离，不能将检测结果送至监控终端，也不能手动设置报警限、查询报警历史、实时查阅测量数据等。同时该装置中，超声波发生器的输出频率取40KHz，脉冲调制器的输出频率取2Hz，占空比取0.05％，滤波放大器的放大倍数取60dB，时钟脉冲发生器的输出频率取170.0KHz，显示结果为测量距离，单位为mm。用该方案实现的超声波测距装置最大测量距离为8.6m，误差小于2.0mm，报警门限最小为1Cm。显然，该装置不能满足水轮发电机组轴向位移检测的精度要求，仅可应用于机动车倒车防撞、盲人探路和机器人定位等检测精度要求较低的场合。
实用新型内容本实用新型的目的是针对上述存在的问题，提供一种水轮发电机组轴向位移的检测装置。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案设计一种水轮发电机组轴向位移的检测装置，包括中央控制单元、与中央控制单元的超声波输出控制端相连的发射驱动电路、与中央控制单元的回波信号接收端相连的接收驱动电路、与中央控制单元的检测结果输出端相连的检测结果输出装置和第一换能器；发射驱动电路的输出端与第一换能器的输入端相连，接收驱动电路的输入端与第一换能器的输出端相连；其特征在于还具有第二换能器，发射驱动电路的输出端与第二换能器的输入端相连，第二换能器的输出端与接收驱动电路的输入端相连，与第二换能器相距H2处设有反射板；第一换能器是用于向与其初始间距为H1处的被测面即水轮发电机组的轴端发射超声波窄脉冲串信号并接收回波的换能器；第二换能器是用于向反射板发射超声波窄脉冲串信号并接收回波的换能器；中央控制单元是用于控制超声波窄脉冲串信号的定时发射和回波接收并分别捕获第一换能器和第二换能器在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，同时根据时间信息T2来计算当前环境中的声速v，然后根据时间信息T1来计算当前第一换能器与被测面的距离H11，以计算水轮发电机组轴向位移量并控制检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息的中央控制单元。
所述的初始间距H1是指，当水轮发电机组停止工作时，第一换能器与被测面的间距。
本实用新型的水轮发电机组轴向位移的检测装置的工作方法，包括
中央控制单元通过发射驱动电路控制第一换能器和第二换能器定时发射超声波窄脉冲串信号；中央控制单元通过接收驱动电路接收回波，以分别捕获第一换能器和第二换能器在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，后根据时间信息T2和第二换能器至反射板的间距H2来计算当前环境中的声速v，然后结合时间信息T1来计算当前第一换能器与被测面的间距H11，以计算水轮发电机组轴向位移量ΔH，也即第一换能器至被测面的初始间距H1与H11之差值；中央控制单元通过检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点(1)本实用新型的水轮发电机组轴向位移的检测装置中，中央控制单元通过第二换能器及其反射板进行声速校正，以检测当前环境中的声速，从而排除了环境温度、湿度、灰尘量、风速等因素对测量当前位移量ΔH的影响；相对于传统的采用温度或湿度补偿等手法，具有结构简单、效果显著的特点。(2)本实用新型的水轮发电机组轴向位移的检测装置的工作方法中，采用频率为超声波窄脉冲串信号频率的20至200倍的计数脉冲信号进行脉冲计数，以分别捕获第一换能器和第二换能器在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，根据T2和H2计算当前环境中的声速v，后结合时间信息T1，计算当前第一换能器与被测面的间距H11，以计算水轮发电机组轴向位移量ΔH，计算精度和速率高。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型的水轮发电机组轴向位移的检测装置的实施示意图；图2为本实用新型的水轮发电机组轴向位移的检测装置的电路框图；图3为本实用新型的另一种水轮发电机组轴向位移的检测装置的电路框图；图4为图3中的专用集成电路实现的硬件逻辑功能电路框图；图5为图3中的中央控制单元的电路原理图；图6为图3中的接收驱动电路的电路原理图；
图7为图3中的发射驱动电路的电路原理图；图8为图3中的键盘控制电路的电路原理图；图9为图3中的数据显示模块的电路原理图；图10为图3中的RS-485远程通信模块的电路原理图；图11为图3中的RS-232通信模块的电路原理图；图12为本实用新型的电源电路原理图；图13为图3中的专用集成电路的程序程图。
具体实施方式
(实施例1)见图1-2，本实施例中的水轮发电机组轴向位移的检测装置，包括中央控制单元1、与中央控制单元1的超声波输出控制端相连的发射驱动电路2、与中央控制单元1的回波信号接收端相连的接收驱动电路3、与中央控制单元1的检测结果输出端相连的检测结果输出装置、第一换能器21和第二换能器22。发射驱动电路2的输出端与第一换能器21的输入端相连，接收驱动电路3的输入端与第一换能器21的输出端相连；发射驱动电路2的输出端与第二换能器22的输入端相连，第二换能器22的输出端与接收驱动电路3的输入端相连，与第二换能器22相距H2处设有反射板24。
第一换能器21是用于向与其初始间距为H1处的被测面23即水轮发电机组的轴端发射超声波窄脉冲串信号并接收回波的换能器。
第二换能器22是用于向反射板发射超声波窄脉冲串信号并接收回波的换能器。
中央控制单元1是用于控制超声波窄脉冲串信号的定时发射和回波接收并分别捕获第一换能器21和第二换能器22在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，同时根据时间信息T2来计算当前环境中的声速v，然后结合时间信息T1来计算当前第一换能器21与被测面的距离H11，以计算水轮发电机组轴向位移量并控制检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息的中央控制单元。
所述的初始间距H1是指，当水轮发电机组停止工作时，第一换能器21与被测面23的间距。
第一换能器21和第二换能器22设置在顶板上25且第一换能器21至被测面23的初始间距H1大于第二换能器22至反射板24的间距H2。且所述H1为3-8米，H2为1-2米。本实施例中，H1为6米，H2为1.5米。
水轮发电机组轴向位移的检测装置的工作方法，包括中央控制单元1通过发射驱动电路2控制第一换能器21和第二换能器22定时发射超声波窄脉冲串信号；中央控制单元1通过接收驱动电路3接收回波，以分别捕获第一换能器21和第二换能器22在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，后根据时间信息T2和第二换能器22至反射板24的间距H2来计算当前环境中的声速v，然后结合时间信息T1来计算当前第一换能器21与被测面23的间距H11，以计算水轮发电机组轴向位移量ΔH，也即第一换能器21至被测面23的初始间距H1与所述H11之差值；中央控制单元1通过检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息。
本实施例中的中央控制单元1为数字信号处理器DSP。在其他实施例中，中央控制单元1可以是单片机、ARM嵌入式处理器等控制器件。
本实用新型在实施例1的基础上还可以有如下变型(实施例2)见图3，所述的中央控制单元1包括单片机11和与单片机11双向电连接的专用集成电路ASIC 12。
中央控制单元1的超声波输出控制端即为专用集成电路ASIC 12的超声波输出控制端，中央控制单元1的回波信号接收端即为专用集成电路ASIC12的回波信号接收端，中央控制单元1的检测结果输出端即为单片机11的检测结果输出端。
专用集成电路ASIC 12是用于控制超声波窄脉冲串信号的发射和接收回波以分别捕获第一换能器21和第二换能器22在各自的超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息T1和T2，并将所述时间信息T1和T2送至单片机11的专用集成电路ASIC。
单片机11是接收来自专用集成电路ASIC 12的所述时间信息T1和T2，并根据时间信息T2来计算当前环境中的声速v，后结合时间信息T1来计算当前第一换能器21与被测面的距离H11，以计算水轮发电机组轴向位移量并控制检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息的单片机。
见图4，专用集成电路ASIC 12实现的硬件逻辑功能电路包括用于接收来自单片机11的控制信号和来自接收驱动电路3的回波信号的主控模块、第二频率输出模块、第三频率输出模块、对外部输入的第一频率f1的信号进行分频并同时生成第二频率f2的信号和第三频率f3的信号的分频模块、16位计数器和解码模块。
单片机11的控制信号输出端接主控模块的控制信号输入端，主控模块的控制输出端与第二频率输出模块、第三频率输出模块、16位计数器和解码模块的控制输入端相连，分频模块的第二频率输出端和第三频率输出端分别与第二频率输出模块和第三频率输出模块的频率信号输入端相连，第二频率输出模块的输出端与16位计数器的计数频率输入端相连，16位计数器的计数输出端接解码模块的计数输入端，解码模块的计数输出端接单片机11的时间信息输入端，第三频率输出模块的输出端也即专用集成电路ASIC 12的超声波输出控制端与发射驱动电路2的控制输入端相连。
本实用新型中采用的专用集成电路ASIC可以是复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA，其硬件逻辑功能可通过用户现场编程来实现，具有集成度高、工作速度快、编程方便和价格低廉等优点。尤其是CPLD，其内部逻辑结构简单，连线相对固定，延时小且可预测，更利于器件在高频下工作，能使系统速度能够轻易达到并超过300MHz，CPLD的时序特性一般用纳秒ns或MHz描述，CPLD的输入到输出延时可短至3.0ns。因此，采用专用集成电路ASIC控制超声波窄脉冲串信号的发射和接收回波，以捕获超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间所用的时间信息，速度快、误差小且工作稳定可靠。本实施例中，单片机11为8051单片机，专用集成电路ASIC 12采用复杂可编程逻辑器件CPLD，具体型号是Xilinx公司的Mars-95108。
本实施例中复杂可编程逻辑器件CPLD采用的计数频率即第二频率f2为1MHz，第三频率f3为40kHz，第一频率f1为32MHz。第一频率f1由外部晶振输入。采用1MHz的脉冲信号在超声波窄脉冲串信号的发射和接收期间进行脉冲计数，从而得出精确的回波时间，使本实施例中的捕获得的时间信息T1和T2精确到1us级，并使理论测量误差最大为0.17mm，克服了现有技术中仅采用单片机的速度和精度限制。本实用新型中，若提高计数频率即第二频率f2，则可进一步提高测量精度和测量的响应速率，且不影响CPLD的工作稳定性。同时在本实用新型中，单片机11根据时间信息T2来计算当前环境中的声速，后根据时间信息T1来计算当前第一换能器21与被测面的距离H11，最后通过检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移量，单片机的运行对检测结果的精度影响几乎可以忽略，因而可以降低单片机的档次和使用成本。
见图6-7，第一换能器21和第二换能器22通过接口J10与发射驱动电路2和接收驱动电路3相连。发射驱动电路2的Vi(S)端接收来自CPLD的超声波输出控制端Vi(S)的超声波输出控制信号，经U11A放大后送入接口J10的Vo(S)端，以驱动第一换能器21和第二换能器22输出射超声波窄脉冲串信号。当H2为1.5米时，H1为6米，第二换能器22和第一换能器21依次先后接收到回波，并先后从接收驱动电路3Vi端输入接收的信号，经放大电路U11B、U12A和U12B放大，再经过比较器U13A和型号为H11L1的光耦U14输至CPLD U2的回波信号接收端即V_flec端，从而实现回波信号的接收。光耦U14实现了模拟电路与数字电路的隔离，增强了抗干扰能力。
见图13，本实施例的水轮发电机组轴向位移的检测装置的工作方法，包括单片机11定时发出控制指令至专用集成电路ASIC 12，使专用集成电路ASIC 12通过发射驱动电路2控制第一换能器21和第二换能器22定时发射超声波窄脉冲串信号，并通过接收驱动电路3、第一换能器21和第二换能器22接收回波；在所述第二换能器22的超声波窄脉冲串信号的发射和回波接收期间内，专用集成电路ASIC 12利用第二频率f2的脉冲信号进行脉冲计数，直至有第一次回波信号，得脉冲计数值m2，即为时间信息T2；在所述第一换能器21的超声波窄脉冲串信号的发射和回波接收期间内，专用集成电路ASIC 12利用第二频率f2的脉冲信号进行脉冲计数，直至有第一次回波信号，得脉冲计数值m1，即为时间信息T1；专用集成电路ASIC12将所述时间信息T1和T2送至单片机11；单片机11接收来自专用集成电路ASIC 12的所述时间信息T1和T2，并根据时间信息T2来计算当前环境中的声速v，后结合时间信息T1来计算当前第一换能器21与被测面23的间距H11，以计算水轮发电机组轴向位移量ΔH，即第一换能器21至被测面23的初始间距H1与H11之差值；中央控制单元1通过检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息。其中，第二频率f2为超声波窄脉冲串信号频率f3的20至200倍，以使计数脉冲有较高的计数精度，减小误差；本实施例中，第二频率f2为1MHz，第三频率f3为40kHz，第一频率f1为32MHz。
(实施例3)见图5，在上述实施例的基础上，单片机11为8位单片机即8051单片机U1，单片机11经八同相三态总线收发器U13与专用集成电路ASIC 12即CPLD U2双向电连接。采用八同相三态总线收发器，使单片机U1的数据通信端AD0-AD7能被检测结果输出装置的数据通信端复用，仅使用一块8位单片机即可满足使用，以降低成本。CPLD U2的超声波输出控制端为图中U2的Vi(S)端，CPLD U2的回波信号接收端为图中U2的V_flec端，单片机11的检测结果输出端为图中U1的数据通信端AD0-AD7端，U1的A13为寻址端，RD为控制端。32MHz的第一频率f1由晶振Y1通过CLK端输入U2。
检测结果输出装置包括与单片机11相连的用于显示水轮发电机组轴向位移信息的数据显示模块4(见图9)、用于实现远方监控中心远程监控水轮发电机组轴向位移信息的RS-485远程通信模块5(见图10)、用于经上位机监控水轮发电机组轴向位移信息的RS-232通信模块7(见图11)、用于当测得水轮发电机组轴向位移量大于设定的报警限时开启报警装置如蜂鸣器等报警。
见图8，还设有与单片机11相连的键盘控制电路6，用于通过数据显示模块4手动设置报警限、查询报警历史、实时查阅测量数据并设置单片机11的工作状态。键盘控制电路6通过八同相三态总线收发器U3与单片机U1的数据通信端AD0-AD7、寻址端A11和控制端RD相连，使单片机U1的数据通信端AD0-AD7实现复用，以降低成本。其中，INT0端为与单片机的INT0端相连的中断信号输出端。
见图9，数据显示模块4工作显示时，首先由单片机U1的RD脚、WR脚和A15脚发出控制信号经过门电路U5的处理使得LCD有效，然后单片机通过数据口AD0-AD7向LCD发送命令和数据，使LCD显示相应的数据。A8和A9为寻址端。
图10中，远程通信模块MAX485的RO端和DI端分别与单片机的RxD端和TxD端相连，其第2脚与第3脚与单片机的P16端相连，接口J9作为RS-485远程通信接口，用于实现远程通信。
图12中的电源电路，用于向各电路提供电源。
在实施例2的基础上，所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置的工作方法，还包括与单片机11相连的键盘控制电路6，用于通过数据显示模块4手动设置报警限、查询报警历史、实时查阅测量数据并设置单片机11的工作状态；与单片机11相连的远方监控中心通过RS-485远程通信模块5，用于远程监控水轮发电机组的轴向位移信息；上位机通过RS-232通信模块7与单片机11相连，以监控水轮发电机组轴向位移信息；当测得水轮发电机组轴向位移量大于设定的报警限时，单片机11通过控制与其相连的报警装置8报警。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.一种水轮发电机组轴向位移的检测装置，包括中央控制单元(1)、与中央控制单元(1)的超声波输出控制端相连的发射驱动电路(2)、与中央控制单元(1)的回波信号接收端相连的接收驱动电路(3)、与中央控制单元(1)的检测结果输出端相连的检测结果输出装置、第一换能器(21)；发射驱动电路(2)的输出端与第一换能器(21)的输入端相连，接收驱动电路(3)的输入端与第一换能器(21)的输出端相连；其特征在于还具有第二换能器(22)，发射驱动电路(2)的输出端与第二换能器(22)的输入端相连，第二换能器(22)的输出端与接收驱动电路(3)的输入端相连，与第二换能器(22)相距H2处设有反射板(24)。
2.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于第一换能器(21)和第二换能器(22)设置在顶板上(25)，且第一换能器(21)至被测面(23)的初始间距H1大于第二换能器(22)至反射板(24)的间距H2。
3.根据权利要求2所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于所述的中央控制单元(1)包括单片机(11)和与单片机(11)双向电连接的专用集成电路ASIC(12)；中央控制单元(1)的超声波输出控制端即为专用集成电路ASIC(12)的超声波输出控制端，中央控制单元(1)的回波信号接收端即为专用集成电路ASIC(12)的回波信号接收端，中央控制单元(1)的检测结果输出端即为单片机(11)的检测结果输出端。
4.根据权利要求3所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于专用集成电路ASIC(12)实现的硬件逻辑功能电路包括用于接收来自单片机(11)的控制信号和来自接收驱动电路(3)的回波信号的主控模块、第二频率输出模块、第三频率输出模块、对外部输入的第一频率f1的信号进行分频并同时生成第二频率f2的信号和第三频率f3的信号的分频模块、16位计数器和解码模块；单片机(11)的控制信号输出端接主控模块的控制信号输入端，主控模块的控制输出端与第二频率输出模块、第三频率输出模块、16位计数器和解码模块的控制输入端相连，分频模块的第二频率输出端和第三频率输出端分别与第二频率输出模块和第三频率输出模块的频率信号输入端相连，第二频率输出模块的输出端与16位计数器的计数频率输入端相连，16位计数器的计数输出端接解码模块的计数输入端，解码模块的计数输出端接单片机(11)的时间信息输入端，第三频率输出模块的输出端也即专用集成电路ASIC(12)的超声波输出控制端与发射驱动电路(2)的控制输入端相连。
5.根据权利要求3-4之一所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于单片机(11)为8位单片机，单片机(11)经八同相三态总线收发器与专用集成电路ASIC(12)双向电连接。
6.根据权利要求5所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于检测结果输出装置包括与单片机相连的用于显示水轮发电机组轴向位移信息的数据显示模块(4)、用于实现远方监控中心远程监控水轮发电机组轴向位移信息的RS-485远程通信模块(5)、用于经上位机监控水轮发电机组轴向位移信息的RS-232通信模块(7)、用于当测得水轮发电机组轴向位移量大于设定的报警限时报警的报警装置(8)。
7.根据权利要求6所述的水轮发电机组轴向位移的检测装置，其特征在于还设有与单片机(11)相连的键盘控制电路(6)，用于通过数据显示模块(4)手动设置报警限、查询报警历史、实时查阅测量数据并设置单片机(11)的工作状态。
专利摘要本实用新型涉及一种水轮发电机组轴向位移的检测装置，该装置包括中央控制单元、发射驱动电路、接收驱动电路、检测结果输出装置、第一换能器和第二换能器，与第二换能器相距H2处设有反射板；中央控制单元通过第二换能器捕获的时间信息T2来计算当前环境中的声速v，后结合第一换能器捕获的时间信息T1来计算当前水轮发电机组轴向位移量并控制检测结果输出装置输出水轮发电机组轴向位移信息。本实用新型的中央控制单元通过第二换能器及其反射板进行声速校正，以检测当前环境中的声速，排除了环境温度、湿度、灰尘量、风速等因素对测量位移量的影响，相对于采用温度或湿度补偿等手法，具有结构简单、计算精度和速率高的特点。
文档编号G01S15/08GK2914112SQ20062002273
公开日2007年6月20日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者朱昌平, 刘德有, 单鸣雷, 刘永富, 赵帅, 陈家财, 脱棪龙 申请人:河海大学常州校区