一种光电复合滑环的状态在线监测系统

1.本发明涉及自动化监测技术领域，尤其涉及一种光电复合滑环的状态在线监测系统。


背景技术：

2.滑环作为旋转传输系统的核心部件，负责功率、数据信号（电信号、光信号等）的导通传输，由于其功能特性，其安装位置为旋转机构与非旋转机构衔接的地方，此位置安装空间一般非常狭小，且若传输系统出现故障，非常难以确定是滑环的问题还是整个传输链路的问题，另为，若需进一步确定是否为滑环自身问题，通常需要将滑环从整个系统剥离出来进行问题排查，通常需要耗费巨大的人力物力及时间。
3.现有的滑环监测主要通过成像摄像头利用感光或红外成像将滑环内部铜环的磨损情况进行监测，并将所获得的信息进行采集，通过成像摄像头所反映的铜环磨损量以及变桨滑环内腔状态对滑环进行维护或更换，或者通过温度、振动量、角度、电压等间接量来反馈滑环的状态；然而通过成像摄像头利用感光或红外成像方式的判断方法，由于成像设备安装于滑环内部，有以下两个原因会对成像组件产生干扰。
4.1)滑环环道与刷丝之间的摩擦，不可避免的会产生金属粉尘；2)部分环境下，油污会通过滑环的轴承间隙渗漏进滑环内部。
5.粉尘和油污会导致成像的设备出现测量偏差，导致其对滑环状态的误判。
6.另外，通过成像设备对滑环内部进行监测，需要由人来进行最终的判断确认，其实时性和可靠性无法保证。即使使用ai辅助技术，在成本、可靠性也没有优势。
7.通过温度、振动量、角度、电压等间接量来反馈滑环的状态，由于其采用的是间接量，对滑环的状态监测会存在偏差。例如通过振动量来监测滑环状态的原理为：当滑环状态出现问题时，其同心度偏差或环道磨损量会变大，导致滑环在转动时，自身的振动变大。通过检测振动量的变化范围，实现对滑环状态的监测。但由于振动有可能是有滑环外部导入的，并非滑环的自身状态，这种情况下测得的振动量反馈的状态会与滑环的实际状态存在很大的偏差。
8.例如，中国专利cn202011574613.8公开了一种滑环维护监测平台及其检测方法。通过信号源的电流大小对滑环的状态进行监测，但是，该监测方案无法对滑环的状态进行实时在线监测，只能在滑环不工作时进行检测。


技术实现要素：

9.本发明主要解决现有的技术中无法对滑环状态进行实时在线监测或监测结果存在准确度差的问题；提供一种光电复合滑环的状态在线监测系统。
10.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种光电复合滑环的状态在线监测系统，包括光通讯状态监测模块，安装在光端机内，用于监测光端机内的光信号通讯状态；数据链路监测模块，安装在滑环的定子端外侧，采用非接触式传感器采集滑
环输入端和输出端的数据信号以及功率信号；处理模块，将光通讯状态监测模块以及数据链路监测模块采集的信息进行数据汇总并打包成数据包，通过网络传输模块传递给显示终端，和光通讯状态监测模块以及数据链路监测模块连接；显示终端，用于显示光信号通讯状态信息和数据链路通断信息。光电复合滑环中包括光信号和电信号，由于光信号无法直接检测，因此，本方案中对光发射端和光接收端的光电转换模块的电压和电流进行检测，同时对初步转换的光信号状态进行检测，当光发射端和光接收端的光信号存处于正常状态时，则可以判断滑环处于正常状态，同时，通过在滑环的定子端设置非接触式的传感器进行电流和电压采集，对电信号及其功率信息进行检测，实现数据链路的在线通断监测，对滑环的电信号传递进行有效实时在线监测，无需将传感器集成于滑环内部，具有结构简单、安装方便灵活的优点，通过非接触式检测，实现了检测系统与滑环系统无接触耦合，避免对滑环自身的干扰及外界干扰对采集系统的影响，具有高可靠性优点，通过显示终端进行直观显示，数据呈现更加方便、灵活。
11.作为优选，所述的光通讯状态监测模块包括光检测模块、电压采集模块和电流采集模块，所述光检测模块用于采集光端机内的千兆网以及sdi的光模块状态信息，所述电压采集模块用于检测光端机内的电压信息，所述电流采集模块用于检测光端机内的电流信息。通过对光端机内的千兆网以及sdi的光模块状态以及电压、电流采集，实现对流经滑环的光信号的准确检测。
12.作为优选，所述的数据链路监测模块包括数据信号检测单元、功率信号监测单元、差分放大电路和第一光电转换模块，所述数据信号检测单元用于检测数据信号的通断状态，所述功率信号监测单元用于检测功率信号，所述差分放大电路的输入端分别与数据信号检测单元和功率信号监测单元连接，所述差分放大电路的的输出端与第一光电转换模块连接，所述第一光电转换模块用于将数据信号的通断状态信息和功率信号转换成光信号。通过第一光电转换模块将采集的电信号的状态信号转换成光信号，经光缆传递到光接收端，通过光接收端进行信号复原后通过处理模块传递给显示终端，不需要额外设置单独的通讯路线，降低通信成本。
13.作为优选，所述的数据信号检测单元采用霍尔传感器进行数据信号的通断状态检测。采用霍尔传感器进行电信号通断的监测。
14.作为优选，所述的功率信号监测单元采用变压器进行功率信号的检测。通过变压器进行电压和电流变化的监测。
15.作为优选，所述的光通讯状态监测模块还包括第二光电转换模块，所述第二光电转换模块用于将光端机内的千兆网以及sdi的光模块状态信息、光端机内的电压信息以及光端机内的电流信息转换成光信号，所述第二光电转换模块和光端机内的波分复用器连接，所述波分复用器用于将不同波长的光信号合成单束光信号。通过第二光电转换模块将监测的光信号的通讯状态信息一起转换成光信号进行传递，降低通讯成本。
16.作为优选，还包括报警提示模块，所述报警提示模块与显示终端连接，所述报警提示模块用于监测数据异常时进行报警提示。通过报警提示模块进行有效提示，提高故障应急的反应速度。
17.本发明的有益效果是：（1）无需将传感器集成于滑环内部，具有结构简单、安装方便灵活的优点；（2）通过非接触式检测，实现了检测系统与滑环系统无接触耦合，避免对滑
环自身的干扰及外界干扰对采集系统的影响，具有高可靠性优点；（3）可实现功率电信号、数据电信号以及光信号的全面在线实时监测；（4）监测的数据不需要额外设置通讯链路，通过光电转换模块将监测数据通过光信号进行数据传递，降低通信成本。
附图说明
18.图1是本发明实施例的结构示意图。
19.图中1、千兆网，2、sdi，3、光通讯状态监测模块，4、波分复用器，5、光信号，6、光旋，7、监测网口，8、有线通信单元，9、显控设备，10、滑环本体，11、旋转导通结构，12、电信号，13、功率信号监测单元，14、数据信号检测单元，15、差分放大电路，16、第一光电转换模块，17、非接触式传感器。
具体实施方式
20.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
21.实施例：一种光电复合滑环的状态在线监测系统，如图1所示，光电复合滑环包括滑环本体10以及设置在两端的光端机，其中一个是光发射端，一个是光接收端，在光发射端和光接收端内均设置有千兆网1、sdi2、波分复用器4和光通讯状态监测模块3，在光接收端内设置有处理模块以及当处理模块与显控设备9通过有线通信单元8进行有线连接时设置监测网口7，滑环本体内设置有用于光信号5通讯的光旋6和电信号12通讯的旋转导通结构11。
22.本发明的在线监测系统包括光通讯状态监测模块，安装在光端机内，用于监测光端机内的光信号通讯状态；数据链路监测模块，安装在滑环的定子端外侧，采用非接触式传感器17采集滑环输入端和输出端的数据信号以及功率信号；处理模块，将光通讯状态监测模块以及数据链路监测模块采集的信息进行数据汇总并打包成数据包，通过网络传输模块传递给显示终端，和光通讯状态监测模块以及数据链路监测模块连接；显示终端，用于显示光信号通讯状态信息和数据链路通断信息。
23.其中，光通讯状态监测模块包括第二光电转换模块（图中未画出）、光检测模块、电压采集模块和电流采集模块，光检测模块用于采集光端机内的千兆网以及sdi的光模块状态信息，电压采集模块用于检测光端机内的电压信息，电流采集模块用于检测光端机内的电流信息，第二光电转换模块用于将光端机内的千兆网以及sdi的光模块状态信息、光端机内的电压信息以及光端机内的电流信息转换成光信号，第二光电转换模块和光端机内的波分复用器连接，波分复用器用于将不同波长的光信号合成单束光信号。
24.数据链路监测模块包括数据信号检测单元14、功率信号监测单元13、差分放大电路15和第一光电转换模块16，数据信号检测单元用于检测数据信号的通断状态，功率信号监测单元用于监测功率信号，差分放大电路的输入端分别与数据信号检测单元和功率信号监测单元连接，差分放大电路的的输出端与第一光电转换模块连接，第一光电转换模块用于将数据信号的通断状态信息和功率信号转换成光信号。
25.非接触式传感器为霍尔传感器或变压器，进行电信号的通断检测以及功率信号检测。
26.与处理模块连接有存储模块，处理模块进行数据包打包时，对数据包进行分包处
理，分成数据包a1-an，并将数据包a1-an进行备份，存储到存储模块中，将分包后的数据包通过有线或无线的方式传递给显控设备，显控设备进行数据包接收反馈，若数据包接收完整，则反馈给处理模块，正常接收数据包，存储模块将备份的数据包删除，进入待工作状态，若显控设备反馈数据包产生丢失，则显控设备反馈数据丢包指令，该指令为与数据包数量相同长度的一串二进制码，二进制码设置的方法为：根据数据包的前后顺序进行一一对应排列，丢包的数据包为1，其余为0，设置二进制码，将该二进制码传递给处理模块，处理模块根据接收的二进制码从存储模块中调取对应的数据包重新传递给显控设备。
27.处理模块以100ms的时间间隔向显控设备发送监测信息，在处理模块与显控设备的数据传递的报头与报文之间设置可扩展部分，当产生数据包丢失时，将补偿的数据包放入可扩展部分进行数据包补充，在进行数据包补充时不影响后续监测信息的传递。
28.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。