专利名称：汽轮发电机组振动检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大型汽轮发电机组检测技术领域，特别是一种汽轮发电机组振动检测系统。
背景技术：
大型汽轮发电机组轴系扭振是影响汽轮发电机组工作的一个重要因素，是指因机电扰动或非正常运行方式产生的轴系扭转振动，严重时可使轴系的某些截面或联轴节处产生过大的交变扭应力，导致轴系的冲击性或疲劳累积性损坏，直接威胁机组的安全运行。若扭动幅度过大，剪切应力超过弹性限度，材料就会产生疲劳积累；当疲劳积累到寿命时材料就会开始出现裂纹，裂纹逐渐发展，终将导致材料断裂的恶性事故。在现阶段，还没有好的办法对这个振动进行监测。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种汽轮发电机组振动检测系统，以期通过该装置利用声电转换原理，并以频谱分析为依据，精确、快速地发现汽轮发电机组的振动异常。本实用新型采取的技术方案是:一种汽轮发电机组振动检测系统，包括汽轮发电机组、频谱检测模块、DSP、声源定位模块，其特征是，所述频谱检测模块包括一个压电陶瓷传感器，所述压电陶瓷传感器安装在汽轮发电机组上，所述声源定位模块包括一个温度传感器和压电陶瓷传感器阵列，所述压电陶瓷传感器阵列分布设置在所述汽轮发电机组的不同位置，所述DSP分别与所述压电陶瓷传感器、声源定位模块电性相连，所述DSP控制所述频谱检测模块通过所述压电陶瓷传感器对汽轮发电机组的声音进行监测，当汽轮发电机组的声音有导常时，所述声源定位模块通过所述温度传感器和所述压电陶瓷传感器阵列确定过松的汽轮发电机组的振动位置。进一步，所述检测系统还包括一个报警模块，所述报警模块包括一个蜂鸣器和一个数码显示管，当所述压电陶瓷传感器监测到汽轮发电机组的振动的声音异常时，所述蜂鸣器报警，所述数码显示管显示汽轮发电机组振动的位置投影图。3.根据权利要求2所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述的蜂鸣器为压电式蜂鸣器。4.根据权利要求1所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述DSP包括一个计时器，所述DSP根据计时器的计时时间定时向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述压电陶瓷传感器检测汽轮发电机组发出的声音信号。5.根据权利要求1所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述压电陶瓷传感器阵列包括至少3个压电陶瓷传感器。6.根 据权利要求5所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述压电陶瓷传感器阵列采用正三角形结构。7.根据权利要求1至6中任一项所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述频谱检测模块中的压电陶瓷传感器和所述压电陶瓷传感器阵列中的压电陶瓷传感器均采用防水型超声波传感器。本实用新型的有益效果是:(I)检测精度高、适用范围广；(2)设备结构简单，价格低廉；(3)操作简单，检测与定位都通过DSP完成，对于操作者的技术要求低。
附图1是本实用新型的结构示意图；附图2是使用本实用新型进行检测的工作流程示意图；附图3是压电陶瓷传感器阵列布置示意图。图中的标号分别表不:11.频谱检测模块；111.压电陶瓷传感器；12.DSP ；13.声源定位模块；131.温度传感·器；132.压电陶瓷传感器阵列；14.报警模块；141.蜂鸣器；142.数码管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型汽轮发电机组振动检测系统的具体实施方式
作详细说明。参见附图1，汽轮发电机组振动检测系统包括频谱检测模块11、DSP12、声源定位模块13以及报警模块14。所述频谱检测模块11包括一压电陶瓷传感器111，所述压电陶瓷传感器111与所述DSP12电性相连，用于检测汽轮发电机组振动发出的声音信号并将所述声音信号转化为电信号传送给所述DSP12。压电陶瓷传感器111包括40A25TR-1防水型超声波传感器。使发送的电信号为可调节，所以用户根据实际测量环境(例如，不同功率、不同厂家的汽轮发电机，其频谱也不同)，在设定基准幅值变量时做相应调整。首先对频谱检测模块11的压电陶瓷传感器111进行初始化。汽轮发电机组振动在一定的工作场合正常使用时会发出一些声音，压电陶瓷传感器111检测得到正常状态下的声音信号后，将正常声音信号其转化为相应的电信号通过导线传递到DSP12，由DSP12进行频谱分析，得到基准幅值变量，之后压电陶瓷传感器111传送到DSP12的电信号经频谱分析后与基准幅值变量作对比，并根据比较结果进行相应的处理。因为任何一个电信号都可以利用傅里叶变换转换成N次谐波，取前三个谐波并将其转换合成为频域信号，得到所检测到电信号的幅值变量，所以记录这三个谐波的系数就是记录了这个电信号；如果要提高精度可以增加为取四个谐波，只需相应地改变DSP的型号以提高DSP的性能。DSP12分别与压电陶瓷传感器111、声源定位模块13以及报警模块14电性相连。DSP12采用TMS320F2812，该DSP具有低功耗、低电压以及指令系统功能强、效率高、运算速度快等优点。DSP12向频谱检测模块11发出控制信号，控制压电陶瓷传感器111检测汽轮发电机组振动发出的声音信号。DSP12包括一计时器，设定计时器每分钟向频谱检测模块11发出控制信号，控制压电陶瓷传感器111检测汽轮发电机组振动发出的声音信号，压电陶瓷传感器111将检测到的声音信号经过转化后变为电信号传送到DSP12中。DSP12将接收到的电信号进行傅里叶变换转换成三次谐波，并将其转换合成为频域信号。DSP12对频域信号的幅值变量，与原先测得汽轮发电机组振动正常运行情况下的对应频谱信号(基准幅值变量)作对比，若相同则继续该循环(即继续控制压电陶瓷传感器111进行检测)；若不相同，DSP12发出触发信号，触发报警模块14 ;同时发出使能信号，使声源定位模块13处于工作状态。声源定位模块13包括一温度传感器131和压电陶瓷传感器阵列132。温度传感器131用于记录在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时的环境温度，从而得出声速；声速可以根据记录的温度采用DSP12通过查表法得出。因为固定温度的声速是确定的，且查表法比利用算法来计算声速的速度快。同时，压电陶瓷传感器阵列132记录汽轮发电机组振动发出的声音信号到达压电陶瓷传感器阵列132中不同压电陶瓷传感器的时间，得出时间差。DSP12通过声源定位模块13得出的声速和时间差，利用声达时间差法得出汽轮发电机组振动处于非稳态时的振动异常点平面投影位置。其中，压电陶瓷传感器阵列132包括至少3个压电陶瓷传感器，所有压电陶瓷传感器包括40A25TR-1防水型超声波传感器。在频谱检测模块11的压电陶瓷传感器111进行初始化时，压电陶瓷传感器阵列132中的所有压电陶瓷传感器也都要初始化，因为声音信号到达压电陶瓷传感器阵列132中各个压电陶瓷传感器的时间不同、能量不同，故任一个压电陶瓷传感器的声音模拟信号不同，所以到达压电陶瓷传感器阵列132中各个压电陶瓷传感器的声音信号转换的电信号也不同，所以初始化的时候，所有压电陶瓷传感器(包括压电陶瓷传感器111)都要初始化。报警模块14与DSP12电性相连，用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示汽轮发电机组振动处于非稳态时的振动异常点的平面投影位置。报警模块14可以包括一蜂鸣器141和数码管142，蜂鸣器141用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号；蜂鸣器141可以采用压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器是一种电声转换器件，将压电材料粘贴在金属片上，当压电材料和金属片两端施加上一个电压后，因为压电效应，蜂鸣片就会产生机械变形而发出声响。数码管142用于显示汽轮发电机组振动处于非稳态时的振动异常点的平面投影位置，例如交替显示处于非稳态时的振动异常点的平面投影的坐标来显示汽轮发电机组振动处于非稳态时的振动异常点的平面投影位置。由此，可以实现汽轮发电机组振动处于非稳态时的振动异常点的定位，为技术人员对故障的排除提供依据。 参见附图2，汽轮发电机组振动检测系统的工作方法是:首先，初始化频谱检测模块11的压电陶瓷传感器111 (如图中所示压电陶瓷传感器4，以下简称压电陶瓷传感器4)、以及压电陶瓷传感器阵列132中所有压电陶瓷传感器(以3个压电陶瓷传感器为例，如图3中所示压电陶瓷传感器1、压电陶瓷传感器2以及压电陶瓷传感器3)，得到相应的压电陶瓷传感器的信号初始值。DSP12的计时器每分钟向压电陶瓷传感器4发出控制信号，控制其检测汽轮发电机组振动发出的声音信号，经过转化后变为电信号传送到DSP12中。DSP12将接收到的电信号进行傅里叶变换转换成三次谐波，并将其转换合成为频域信号。DSP12对频域信号的幅值变量，与原先测得汽轮发电机组振动正常运行情况下的基准幅值变量作对比(即将压电陶瓷传感器4的工作值与压电陶瓷传感器4的信号初始值做对比)，若相同则继续该循环(即继续控制压电陶瓷传感器4对汽轮发电机组振动发出的声音信号进行检测);若不相同，DSP12发出触发信号，触发报警模块14的压电式蜂鸣器发出蜂鸣报警声；同时发出使能信号，使声源定位模块13处于工作状态。声源定位模块13的温度传感器131记录下在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时的环境温度，通过DSP12采用查表法得出声速；同时，压电陶瓷传感器
1、2、3分别记录非正常声音信号到达自身的时间，将此时压电陶瓷传感器1、2、3得到的非正常信号的值与各自的信号初始值对比得出振动处于非稳态的异常点的平面投影位置。参见附图3，把三维的处于非稳态时的振动异常点投影在二维平面上，然后用二维算法来计算处于非稳态时的振动异常点，得出的是一个平面二维坐标，处于非稳态时的振动异常点就在这个点所在的垂直直线上。以3个压电陶瓷传感器为例，如图中所示压电陶瓷传感器1、压电陶瓷传感器2以及压电陶瓷传感器3，假设压电陶瓷传感器I所在位置为A点(即坐标原点)、压电陶瓷传感器2所在位置为B点以及压电陶瓷传感器3所在位置为C点，3个压电陶瓷传感器设置成等腰直角三角形模式(即AC=AB)，S点即为三维的处于非稳态时的振动异常点在二维平面上的投影，S点与坐标轴X的夹角为Θ。根据三角余弦定理可得关系式:
权利要求1.一种汽轮发电机组振动检测系统，包括汽轮发电机组、频谱检测模块、DSP、声源定位模块，其特征在于:所述频谱检测模块包括一个压电陶瓷传感器，所述压电陶瓷传感器安装在汽轮发电机组上，所述声源定位模块包括一个温度传感器和压电陶瓷传感器阵列，所述压电陶瓷传感器阵列分布设置在所述汽轮发电机组的不同位置，所述DSP分别与所述压电陶瓷传感器、声源定位模块电性相连，所述DSP控制所述频谱检测模块通过所述压电陶瓷传感器对汽轮发电机组的声音进行监测，当汽轮发电机组的声音有导常时，所述声源定位模块通过所述温度传感器和所述压电陶瓷传感器阵列确定过松的汽轮发电机组的振动位置。
2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述检测系统还包括一个报警模块，所述报警模块包括一个蜂鸣器和一个数码显示管，当所述压电陶瓷传感器监测到汽轮发电机组的振动的声音异常时，所述蜂鸣器报警，所述数码显示管显示汽轮发电机组振动的位置投影图。
3.根据权利要求2所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述的蜂鸣器为压电式蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述DSP包括一个计时器，所述DSP根据计时器的计时时间定时向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述压电陶瓷传感器检测汽轮发电机组发出的声音信号。
5.根据权利要求1所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述压电陶瓷传感器阵列包括至少3个压电陶瓷传感器。
6.根据权利要求5所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述压电陶瓷传感器阵列采用正三角形结构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的汽轮发电机组振动检测系统，其特征在于:所述频谱检测模块中的 压电陶瓷传感器和所述压电陶瓷传感器阵列中的压电陶瓷传感器均采用防水型超声波传感器。
专利摘要本实用新型涉及大型汽轮发电机组检测技术领域，公开了一种汽轮发电机组振动检测系统，包括汽轮发电机组、频谱检测模块、DSP、声源定位模块，所述频谱检测模块包括一个压电陶瓷传感器，所述压电陶瓷传感器安装在汽轮发电机组上，声源定位模块包括一个温度传感器和压电陶瓷传感器阵列，压电陶瓷传感器阵列分布设置在汽轮发电机组的不同位置，DSP分别与压电陶瓷传感器、声源定位模块电性相连，DSP控制频谱检测模块通过压电陶瓷传感器对汽轮发电机组的声音进行监测，当汽轮发电机组的声音有导常时，声源定位模块通过温度传感器和压电陶瓷传感器阵列确定过松的汽轮发电机组的振动位置。本实用新型检测精度高、适用范围广。
文档编号G01M7/02GK203148641SQ20132012995
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者陈倩倩, 李亚峰, 陆永耕, 万军红, 姚一鸣, 李龙, 朱正清 申请人:上海电机学院