智能输出式振动监测装置和包括该装置的系统的制作方法

本实用新型涉及振动监测领域，特别是涉及一种可以用于风电机组机舱振动监测的智能输出式振动监测装置和包括该装置的系统。

背景技术：

机舱振动传感器是风力电机组的重要安全监测设备。机组在运行过程中出现极端阵风，共振等工况时，风力发电机组的振动会变大，此时机舱振动传感器会触发报警值使风力发电机组停机保护。

目前机舱振动传感器主要使用两种类型的传感器。第一种：压电式加速度传感器。第二种：电容式型加速度传感器。两种传感器都能满足机组的常规监测，但是从目前使用情况来看，传感器普遍存在以下问题：传感器采用双向传感器监测机组前后(Y方向)左右(X方向)的振动值，每个方向仅使用一个传感器，传感器误报警率较高，传感器故障和机组故障不能有效区分识别，统一报警为”机舱振动传感器报警”此时维护人员无法判断是传感器故障还是机组振动报警故障，影响维修效率。

因此，提供一种能够降低误报警率的振动监测装置是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种智能输出式振动监测装置，通过在X方向和Y方向上分别使用两个同时监测互为冗余的加速传感器进行监测，可以有效降低误报警率，而且更加可靠。

本实用新型还提供一种包括上述智能输出式振动装置的监测系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种智能输出式振动监测装置，包括X向振动采集单元、Y向振动采集单元，和与所述X向振动采集单元、Y向振动采集单元连接的监测报警单元，

所述X向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器X₁和加速度传感器X₂，以及与所述加速度传感器X₁和加速度传感器X₂连接的信号采集模块X；

所述Y向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂，以及与所述加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂连接的信号采集模块Y；

所述监测报警单元与所述信号采集模块X和信号采集模块Y连接，用于接收所述信号采集模块X和信号采集模块Y发送的采集数据，并根据所述采集数据发出不同类型的故障报警。

进一步地，所述加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁、加速度传感器Y₂均为电容式加速传感器或压电式加速传感器。

进一步地，所述监测报警单元包括数据分析模块、判断模块和报警输出模块，

所述数据分析模块，用于分析所述加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂采集的数据，并将分析结果传送至所述判断模块；

所述判断模块，用于将接收到的分析结果与预设值进行逻辑比较，判断故障类型，并将判断结果传送至所述报警输出模块；

所述报警输出模块，用于根据接收到的判断结果执行报警结果。

优选地，所述监测报警单元还包括存储模块，所述存储模块分别与所述数据分析模块、判断模块和报警输出模块连接，用于在所述报警输出模块被触发报警的同时存储故障前后的振动数据。

另一方面，提供一种包括所述的智能输出式振动监测装置的风电机组机舱振动监测系统，所述X向振动采集单元用于监测所述机舱相对于机舱径向水平方向的振动，所述Y向振动采集单元用于监测所述机舱相对于机舱轴向方向的振动，且所述监测报警单元与所述风电机组的数据服务器相连。

再一方面，提供一种智能输出式振动监测方法，包括如下步骤：

S1：使用X向振动采集单元和Y向振动采集单元分别采集所述待监测设备在X方向和Y方向的振动信号；

其中，所述X向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器X₁和加速度传感器X₂，以及与所述加速度传感器X₁和加速度传感器X₂连接的信号采集模块X，所述信号采集模块X同时采集由所述加速度传感器X₁和加速度传感器X₂实时监测的X方向的振动信号，分别得到振动信号数据x₁、x₂；

所述Y向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂，以及与所述加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂连接的信号采集模块Y，所述信号采集模块Y同时采集由所述加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂实时监测的Y方向的振动信号，分别得到振动信号数据y₁、y₂；

S2：所述信号采集模块X和信号采集模块Y将采集到的实时数据传输至监测报警单元，所述监测报警单元对接收到的数据进行分析、判断，发出不同类型的故障报警。

进一步地，所述S2步骤中，所述监测报警单元包括数据分析模块、判断模块和报警输出模块，其中所述监测报警单元对接收到的数据进行分析、判断的具体步骤包括：

T1：所述数据分析模块首先对振动信号数据x₁与x₂之间、y₁与y₂之间进行误差分析；并将分析结果传送至所述判断模块，所述判断模块将分析结果与预设误差值进行逻辑比较：

若x₁与x₂之间的误差大于预设误差值，则表明加速度传感器X₁和/或加速度传感器X₂出现故障，所述判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号X；

若y₁与y₂之间的误差大于预设误差值，则表明加速度传感器Y₁和/或加速度传感器Y₂出现故障，所述判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号Y；

若x₁与x₂之间、y₁与y₂之间的误差均小于预设误差值，则表明加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂均工作正常，进入步骤T2；

T2：继续利用振动信号数据x₁、x₂、y₁和y₂和下列算式(1)、(2)、(3)进行计算，

若所述算式(1)、(2)、(3)计算得到的监测值中任一一个监测值大于预设振动值，则表明所述待监测设备存在振动超限，所述判断模块将该振动超限结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号Z；否则所述待监测设备工作正常，继续监测。

优选地，所述步骤T1中预设误差值为5％，所述步骤T2中预设振动值为5m/s²。

进一步地，所述监测报警单元还包括存储模块，在所述报警输出模块输出报警信号的同时，所述存储模块将记录故障前后的振动数据并将数据保存。

进一步地，所述加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁、加速度传感器Y₂均为电容式加速传感器或压电式加速传感器；

所述信号采集模块X和信号采集模块Y相互独立采集信号互不影响。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型通过分别在X方向和Y方向分别使用两个同时监测互为冗余的加速度传感器监测振动信号，通过信号采集模块X和信号采集模块Y分别独立采集X方向和Y方向上的振动信号，可以提高系统监测稳定性，并由监测报警单元分别对X方向和Y方向上的振动信号进行数据分析、判断和/或存储，发出不同类型的故障报警，提高监测装置的测量可靠性和采集电路的可靠性，降低误报警率，提高工程效率；

(2)本实用新型的监测报警单元通过设定数据分析模块首先对X方向和Y方向上的振动信号x₁、x₂、y₁和y₂进行误差分析，并由判断模块判断误差范围是否大于预设误差值，若大于预设误差值则判断X向传感器和Y向传感器是出现故障，并给出相应报警信号，若误差范围是否小于预设误差值，则进行下一步分析判断振动信号x₁、x₂、y₁和y₂表现的振动值是否超限，若振动超限，则给出相应报警信号，并由存储模块记录故障前后的振动数据，同时传输至数据服务器便于后期故障分析，从而有效区分传感器故障和振动超限报警故障，并且通过存储故障前后的振动数据便于后期故障分析；

(3)本实用新型可以有效降低风电机组机舱振动误报率，同时可以明确输出是传感器自身故障还是机组确实存在振动超限故障，提高了风电组的安全性，采用X方向和Y方向传感器冗余配置，并且两个方向独立采集互补影响可以提高机舱振动传感器的可靠性。同时本实用新型在内部包括了存储单元，当机组确实振动超限触发报警时，传感器会自动存储前后(优选为10秒)的振动数据。将该组数据传输至风力发电机组数据服务器，便于后期故障分析。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的内部元件示意图；

图2是本实用新型的报警逻辑示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种智能输出式振动监测装置用于机舱振动的实施例，如图1、2所示，包括X向振动采集单元、Y向振动采集单元，和与X向振动采集单元、Y向振动采集单元连接的监测报警单元，

X向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器X₁和加速度传感器X₂，以及与加速度传感器X₁和加速度传感器X₂连接的信号采集模块X；

Y向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂，以及与加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂连接的信号采集模块Y；

监测报警单元与所述信号采集模块X和信号采集模块Y连接，用于接收信号采集模块X和信号采集模块Y发送的采集数据，并根据所述采集数据发出不同类型的故障报警。

本实用新型的装置用于监测振动的方法为：

1)使用X向振动采集单元和Y向振动采集单元分别采集机舱在X方向和Y方向的振动信号；

其中，X向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器X₁和加速度传感器X₂，以及与加速度传感器X₁和加速度传感器X₂连接的信号采集模块X，信号采集模块X同时采集由加速度传感器X₁和加速度传感器X₂实时监测的X方向的振动信号，分别得到振动信号数据x₁、x₂；互为冗余的两个传感器设置，可以用于进行误差分析，从而判断传感器是否存在故障，保证监测准确性，并有利于振动超限的监测，提高可靠性；

Y向振动采集单元包括两个互为冗余的加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂，以及与加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂连接的信号采集模块Y，信号采集模块Y同时采集由加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂实时监测的Y方向的振动信号，分别得到振动信号数据y₁、y₂；互为冗余的两个传感器设置，可以用于进行误差分析，从而判断传感器是否存在故障，保证监测准确性，并有利于振动超限的监测，提高可靠性；

2)信号采集模块X和信号采集模块Y将采集到的实时数据传输至监测报警单元，监测报警单元对接收到的数据进行分析、判断，发出不同类型的故障报警。故障报警包括X向传感器报警和/或Y向传感器报警，以及振动超限故障，不同类型的故障报警可以提高工作效率。

其中，信号采集模块X和信号采集模块Y可以相互独立互不影响；

进一步地，加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁、加速度传感器Y₂均可以为电容式加速传感器或压电式加速传感器。

进一步地，监测报警单元可以包括数据分析模块、判断模块和报警输出模块，数据分析模块，用于分析所述加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂采集的数据，并将分析结果传送至所述判断模块；判断模块，用于将接收到的分析结果与预设值进行逻辑比较，判断故障类型，并将判断结果传送至所述报警输出模块；报警输出模块，用于根据接收到的判断结果执行报警结果。

优选地，监测报警单元还可以包括存储模块，存储模块可以分别与数据分析模块、判断模块和报警输出模块连接，用于在报警输出模块被触发报警的同时存储故障前后的振动数据。

另一方面，提供一种包括上述智能输出式振动监测装置的风电机组机舱振动监测系统，X向振动采集单元用于监测机舱相对于机舱径向水平方向的振动，Y向振动采集单元用于监测机舱相对于机舱轴向方向的振动，且监测报警单元与风电机组的数据服务器相连。

再一方面，提供一种智能输出式振动监测装置用于监测机舱振动方法的一个实施例，包括如下步骤：

S1：使用X向振动采集单元和Y向振动采集单元分别采集待监测设备在X方向和Y方向的振动信号；

其中，X向振动采集单元可以包括两个互为冗余的加速度传感器X₁和加速度传感器X₂，以及与加速度传感器X₁和加速度传感器X₂连接的信号采集模块X，信号采集模块X同时采集由加速度传感器X₁和加速度传感器X₂实时监测的X方向的振动信号，分别得到振动信号数据x₁、x₂；两个X向冗余设置的加速器可以进行误差分析，判断X向传感器是否出现故障，保证监测的准确性；

Y向振动采集单元可以包括两个互为冗余的加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂，以及与加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂连接的信号采集模块Y，所述信号采集模块Y同时采集由所述加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂实时监测的Y方向的振动信号，分别得到振动信号数据y₁、y₂；两个Y向冗余设置的加速器可以进行误差分析，判断Y向传感器是否出现故障，保证监测的准确性；

S2：信号采集模块X和信号采集模块Y将采集到的实时数据可以传输至监测报警单元，监测报警单元对接收到的数据进行分析、判断，发出不同类型的故障报警。

S2步骤中，监测报警单元可以包括数据分析模块、判断模块和报警输出模块，其中监测报警单元对接收到的数据进行分析、判断的具体步骤包括：

T1：数据分析模块首先对振动信号数据x₁与x₂之间、y₁与y₂之间进行误差分析；并将分析结果传送至判断模块，判断模块将分析结果与预设误差值进行逻辑比较：

关于X向，若x₁与x₂之间的误差大于预设误差值，则表明加速度传感器X₁和/或加速度传感器X₂出现故障，所述判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号X；

具体的，X向的误差分析可以通过x₁、x₂的比值进行计算，预设误差值可以设定为5％，具体的可以通过以下公式分析判断：

若振动信号x₁、x₂的比值在此公式范围内，则认为在误差范围内，X向传感器正常，否则表明加速度传感器X₁和/或加速度传感器X₂出现故障，判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号X；

关于Y向，若y₁与y₂之间的误差大于预设误差值，则表明加速度传感器Y₁和/或加速度传感器Y₂出现故障，所述判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号Y；

具体的，Y向的误差分析可以通过y₁、y₂的比值进行计算，预设误差值可以设定为5％，具体的可以通过以下公式分析判断：

若振动信号y₁、y₂的比值在此公式范围内，则认为在误差范围内，Y向传感器正常，否则表明加速度传感器Y₁和/或加速度传感器Y₂出现故障，判断模块将该判断结果传送至所述报警输出模块，由其发出报警信号Y；

若x₁与x₂之间、y₁与y₂之间的误差均小于预设误差值，则表明加速度传感器X₁、加速度传感器X₂、加速度传感器Y₁和加速度传感器Y₂均工作正常，进入步骤T2；

T2：继续利用振动信号数据x₁、x₂、y₁和y₂和下列算式(1)、(2)、(3)进行计算，

若以上算式(1)、(2)、(3)计算得到的监测值中任一一个监测值大于预设振动值，则表明待监测设备存在振动超限，判断模块将该振动超限结果传送至报警输出模块，由其发出报警信号Z；否则待监测设备工作正常，继续监测。

优选地，步骤T2中预设振动值为5m/s²。即振动超限的计算判断公式如下：

若出现以上任一情况，则认为此时机组确实存在振动超限，判断模块将该振动超限结果传送至报警输出模块，由其发出报警信号Z；否则待监测设备工作正常，继续监测。

为了方便技术人员进行故障分析，监测报警单元还包括存储模块，在报警输出模块输出报警信号X、Y、Z的同时，存储模块将记录故障前后的振动数据并将数据保存。存储模块优选为在发出报警信号Z的同时，记录故障前后10秒的振动数据，同时将该组数据传输至风力发电机组数据服务器，便于后期故障分析。

上述所有的X向为左右方向，Y向为前后方向。

本实用新型可以有效降低风电机组机舱振动误报率，同时可以明确输出是传感器自身故障还是机组确实存在振动超限故障，提高了风电组的安全性，采用X方向和Y方向传感器冗余配置，并且两个方向独立采集互补影响可以提高机舱振动传感器的可靠性。同时本实用新型在内部包括了存储单元，当机组确实振动超限触发报警时，传感器会自动存储前后(优选为10秒)的振动数据。将该组数据传输至风力发电机组数据服务器，便于后期故障分析。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。