专利名称：风力发电机机舱的振动加速度测量器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振动加速度测量装置，特别涉及一种风力发电机机舱的 振动加速度测量器。
背景技术：
目前对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。通常风力发电机组高 达上百米，重达上百吨，甚至数百吨，由于风力发电机组在运行过程中因风轮 的转动以及风速变化的影响，不可避免会发生包含低频的振动，振动的过程会 对机组机械结构带来影响，过大的振动会减少机组寿命，甚至直接造成机组坍 塌的严重事故。因此对风力发电机组振动加速度的实时监测和控制变得及其重 要，而振动加速度测量技术则是测量风机在转动过程中的振动加速度变化，是
风力发电机组控制系统非常重要的组成部分；然而风力发电机组振动加速度往 往是风机左右方向(即机舱的X向)低频振动和风机前后方向(即机舱的Y向) 低频振动同时存在，但是现有的风力发电机组还没有检测风机X、 Y方向振动加 速度的测量装置，尤其是无法对X、 Y方向低频振动加速度进行测量，因此无法 掌握风机因低频振动形成的非正常运转状态并进行控制，导致风机在非正常运 转状态下运行，縮短机组使用寿命。 发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种风力发电机机舱的振动 加速度测量器，将该振动加速度测量模块安装在风力发电机塔筒顶部检测机舱 振动，通过用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路和将采集的两个 方向振动加速度信号分别处理输出的信号处理电路，检测风机X、 Y方向振动加 速度，并为风机控制系统提供两个方向的振动加速度信号，能够有效控制风力 发电机正常运转。
本实用新型的目的是这样实现的包括用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路和将采集的两个方向振动加速度信号分别处理输出的信号处理电 路，所述信号采集电路具有输出两个方向振动加速度信号的输出端，所述信号 处理电路包括分别处理X、 Y两个方向的振动加速度信号的两个滤波/放大单元， 所述信号采集电路的输出两个方向振动加速度信号的输出端分别连接两个滤波 /放大单元，信号采集电路的电压输入端用于连接电源，两个滤波/放大单元的 输出端用于电连接风机控制系统。
所述信号采集电路由加速度芯片及电阻、电容、二极管构成，所述加速度芯 片的电压输入端接正电源电压，和电压输入端经电容接地，加速度芯片的一振 动加速度信号输出端接处理X方向的振动加速度信号滤波、放大单元，另一振 动加速度信号输出端接处理Y方向的振动加速度信号滤波、放大单元，加速度 芯片的控制端通过并接的电阻、二极管接地，加速度芯片的接地端接地。
所述信号处理电路的分别处理X、 Y两个方向的振动加速度信号的两个滤波/
放大单元结构相同， 一个滤波/放大单元包括含有集成运算放大器的一级放大、 含有集成运算放大器的二级放大和含有集成运算放大器的三级放大， 一级放大 的集成运算放大器的同相输入端连接信号釆集电路的输出一个方向振动加速度
信号的输出端，和经一电容接地，集成运算放大器的反相输入端和输出端并联； 二级放大的集成运算放大器的同相输入端接地，二级放大的集成运算放大器的 反相输入端经一电阻接一级放大的集成运算放大器的输出端，反相输入端和输 出端之间串联一滤波电路；三级放大的集成运算放大器的同相输入端接地，三 级放大的集成运算放大器的反相输入端经一电阻接二级放大的集成运算放大器 的输出端，反相输入端和输出端之间串联一滤波电路，输出端经一电阻接风机 控制系统，电阻经二极管接地；信号处理电路还包括一个参考电压放大级，该 参考电压放大级的集成运算放大器的反相输入端经一电阻接参考电压，反相输 入端和输出端之间串联一电阻，输出端与二级、三级放大的集成运算放大器的 反相输入端之间分别连接电阻，集成运算放大器的同相输入端接地。
由于采用了上述方案，将本振动加速度测量器安装在风力发电机塔筒顶部检 测机舱振动，通过用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路，对风力发电机组的风机左右方向低频振动和风机前后方向低频振动进行持续的可靠测 量,并在振幅超限时提供可靠保护。通过将采集的两个方向振动加速度信号分别 处理输出的信号处理电路，利用双通道分别进行滤波、放大处理，然后分别向 风机控制系统输出电信号，为风机控制系统提供两个方向振动加速度信号，使 风机控制系统能够对振动加速度信号识别处理后发出相应的控制信号，控制风 力发电机正常运转。由于信号处理电路采用分别处理X、 Y两个方向的振动加速 度信号的两个滤波/放大单元，使两个方向的振动加速度信号能够得到分别处 理，可避免两个方向的振动加速度信号的交叉干扰，为风机控制系统提供清晰、 精确的低频振动加速度信号，提高风机控制系统对振动加速度信号识别。
由于分别处理X、 Y两个方向的振动加速度信号的两个滤波/放大单元均为三 级放大，经滤波和三级放大后，能够保证处理后的信号更加清晰、精确。
同时本振动加速度测量器的结构简单，制作成本低，却能够延长高制作成本 的风力发电机组的使用寿命。
图1为本实用新型的电路框图2为本实用新型的信号采集电路的具体电路图3为本实用新型的信号处理电路的具体电路图。
具体实施方式
参见图1，本实施例的风力发电机机舱的振动加速度测量器，包括用于检测 机舱两个方向振动加速度的信号釆集电路2和将采集的两个方向振动加速度信 号分别处理输出的信号处理电路。所述信号采集电路2具有输出两个方向振动 加速度信号的输出端，所述信号处理电路包括分别处理X、 Y两个方向的振动加 速度信号的两个滤波/放大单元3、 4,所述信号采集电路的输出两个方向振动加 速度信号的输出端分别连接两个滤波/放大单元3、 4，信号采集电路2的电压输 入端用于连接电源l，电源1采用DC-DC电源，通过该电源为，为信号采集电路 和信号处理电路提供士15V电压，两个滤波/放大单元的输出端用于电连接风机 控制系统5。图2是用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路2的具体实施例。 所述信号采集电路由加速度芯片及电阻、电容、二极管构成，所述加速度芯片
D2采用XL系列的ADXL322芯片，具有高灵敏度，低功耗，低噪声，宽电源电压 的优点，故效果为佳，该加速度芯片D2的电压输入端14脚、15脚并联后接正 电源电压，和电压输入端经一电容C11接地，加速度芯片D2的X方向的振动加 速度信号输出端12脚接处理X方向的振动加速度信号滤波、放大单元3， Y方 向的振动加速度信号输出端IO脚接处理Y方向的振动加速度信号滤波、放大单 元4,加速度芯片D2的控制端2脚通过并接的电阻R7、 二极管V3接地，加速 度芯片D2的接地端3脚、5脚、6脚、7脚接地。
图3是信号处理电路的具体实施例。所述信号处理电路的分别处理X、 Y两 个方向的振动加速度信号的两个滤波/放大单元结构相同，构成双通道对信号采 集电路分别输出的X方向和Y方向振动加速度信号进行滤波、放大处理，并传 输给风机控制系统。其中，X方向信号的滤波/放大单元包括含有集成运算放大 器的一级放大、含有集成运算放大器的二级放大和含有集成运算放大器的三级 放大， 一级放大的集成运算放大器D4C的同相输入端连接信号采集电路的输出X 方向振动加速度信号的输出端，和同相输入端经一电容C12接地，集成运算放 大器D4C的反相输入端和输出端并联；二级放大的集成运算放大器D5A的同相 输入端接地，二级放大的集成运算放大器D5A的反相输入端经』电阻R9接一级 放大的集成运算放大器D4C的输出端，反相输入端和输出端之间串联一滤波电 路，该滤波电路由两个电阻RIO、 Rll串联后并联一个电容C14组成，其中电阻 Rll采用微调电阻；三级放大的集成运算放大器D5C的同相输入端接地，三级放 大的集成运算放大器D5C的反相输入端经一电阻R14接二级放大的集成运算放 大器D5A的输出端，反相输入端和输出端之间串联一滤波电路,该滤波电路由电 容C16和电阻R15并联组成，输出端经一电阻R16接风机控制系统，为风机控 制系统提供X方向的振动加速度电压信号，电阻R16经二极管V4接地；Y方向 信号的滤波/放大单元的一级放大的集成运算放大器D4D的同相输入端连接信号 采集电路的输出Y方向振动加速度信号的输出端，和同相输入端经一电容C13接地，集成运算放大器D4D的反相输入端和输出端并联；二级放大的集成运算
放大器D5B的同相输入端接地，二级放大的集成运算放大器D5B的反相输入端 经一电阻R23接一级放大的集成运算放大器D4D的输出端，反相输入端和输出 端之间串联一滤波电路，该滤波电路由两个电阻R24、 R25串联后并联一个电容 C15组成，其中电阻R25采用微调电阻；三级放大的集成运算放大器D5D的同相 输入端接地，三级放大的集成运算放大器D5D的反相输入端经一电阻R26接二 级放大的集成运算放大器D5B的输出端，反相输入端和输出端之间串联一滤波 电路，该滤波电路由电容C17和电阻R27并联组成，输出端经一电阻R28接风机 控制系统，为风机控制系统提供Y方向的振动加速度电压信号，电阻R28经二 极管V5接地。所述信号处理电路还包括一个参考电压放大级，该参考电压放大 级的集成运算放大器D4A的反相输入端经一电阻R17接参考电压VR，反相输入 端和输出端之间串联一电阻R18，输出端与X方向信号的二级放大的集成运算放 大器D5A的反相输入端之间串联两个电阻R13、 R12，其中电阻R12为微调电阻， 输出端与X方向信号的三级放大的集成运算放大器D5C的反相输入端之间串联 电阻R21;同时集成运算放大器D4A的输出端与Y方向信号的二级放大的集成运 算放大器D5B的反相输入端之间串联两个电阻R19、 R20，其中电阻R20为微调 电阻，输出端与Y方向信号的三级放大的集成运算放大器D5D的反相输入端之 间串联电阻R22;集成运算放大器D4A的同相输入端接地。
所述风力发电机机舱的振动加速度测量器可制作成模块，使安装方便。 本风力发电机机舱的振动加速度测量器可安装在风力发电机组塔筒顶部检 测机舱振动，对风力发电机组的低频振动进行持续的可靠测量，并在振幅超限时 提供可靠保护。振动加速度测量器通过检测风机左右方向低频振动和风机前后 方向低频振动加速度的变化，并转换为与振动加速度成正比的模拟电压信号， 经过滤波、放大处理输出电压信号，提供给风机控制系统进行处理。风机控制 系统获得加速度信号，进行识别处理后，发出相应控制信号。当振动过大时发 出停机指令，风机停机，叶片顺桨；如果振动加速度在正常范围内，则风机正 常运转。
权利要求1.一种风力发电机机舱的振动加速度测量器，其特征在于包括用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路和将采集的两个方向振动加速度信号分别处理输出的信号处理电路，所述信号采集电路具有输出两个方向振动加速度信号的输出端，所述信号处理电路包括分别处理X、Y两个方向的振动加速度信号的两个滤波/放大单元，所述信号采集电路的输出两个方向振动加速度信号的输出端分别连接两个滤波/放大单元，信号采集电路的电压输入端用于连接电源，两个滤波/放大单元的输出端用于电连接风机控制系统。
2. 根据权利要求1所述的风力发电机机舱的振动加速度测量器，其特征在于 所述信号采集电路由加速度芯片及电阻、电容、二极管构成，所述加速度芯片 的电压输入端接正电源电压，和电压输入端经电容接地，加速度芯片的一振动 加速度信号输出端接处理X方向的振动加速度信号滤波、放大单元，另一振动 加速度信号输出端接处理Y方向的振动加速度信号滤波、放大单元，加速度芯 片的控制端通过并接的电阻、二极管接地，加速度芯片的接地端接地。
3. 根据权利要求1所述的风力发电机机舱的振动加速度测量器，其特征在于 所述信号处理电路的分别处理X、 Y两个方向的振动加速度信号的两个滤波/放 大单元结构相同， 一个滤波/放大单元包括含有集成运算放大器的一级放大、含 有集成运算放大器的二级放大和含有集成运算放大器的三级放大， 一级放大的 集成运算放大器的同相输入端连接信号采集电路的输出一个方向振动加速度信 号的输出端，和经一电容接地，集成运算放大器的反相输入端和输出端并联； 二级放大的集成运算放大器的同相输入端接地，二级放大的集成运算放大器的 反相输入端经一电阻接一级放大的集成运算放大器的输出端，反相输入端和输 出端之间串联一滤波电路；三级放大的集成运算放大器的同相输入端接地，三 级放大的集成运算放大器的反相输入端经一电阻接二级放大的集成运算放大器 的输出端，反相输入端和输出端之间串联一滤波电路，输出端经一电阻接风机 控制系统，电阻经二极管接地；信号处理电路还包括一个参考电压放大级，该参考电压放大级的集成运算放大器的反相输入端经一电阻接参考电压，反相输 入端和输出端之间串联一电阻，输出端与二级、三级放大的集成运算放大器的 反相输入端之间分别连接电阻，集成运算放大器的同相输入端接地。
专利摘要本实用新型公开了一种风力发电机机舱的振动加速度测量器，包括用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路和将采集的两个方向振动加速度信号分别处理输出的信号处理电路，所述信号采集电路的输出两个方向振动加速度信号的输出端分别连接两个滤波/放大单元，信号采集电路的电压输入端用于连接电源，两个滤波/放大单元的输出端用于电连接风机控制系统。通过用于检测机舱两个方向振动加速度的信号采集电路和将采集的两个方向振动加速度信号分别处理输出的信号处理电路，检测风机X、Y方向振动加速度，并为风机控制系统提供两个方向的振动加速度信号，能够有效控制风力发电机正常运转。
文档编号G01P15/08GK201387434SQ200920126480
公开日2010年1月20日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者刘小容, 刘志祥, 刘行中, 夏桂森, 科 王 申请人:重庆前卫仪表厂