机组噪声信号采集电路的制作方法

1.本实用新型涉及水电站机组监测技术领域，特别涉及机组噪声信号采集电路。


背景技术：

2.大型混流机组是一个非常复杂的系统，是水电站的核心设备。对机组进行实时在线监测，对状态的变化进行及时预警和分析，是保证机组长期安全稳定运行、实现精准检修维护的重要技术手段。现有水电站各台机组安装了机组状态在线监测系统，对机组的振动、摆度、压力脉动、发电机空气间隙以及局部放电等进行实时监测，为分析和评价机组状态，指导机组运行和检修提供了一定的技术支撑。但是，由于部分旋转或密闭的设备无法安装传感器，缺乏监测手段，对机组状态的监测仍然存在一些盲点。
3.机组在运行过程中会产生各种各样的声音，机组状态的劣化以及故障的发生通常都伴随有异响。监测和分析噪声，也能够发现和识别机组状态的变化，可以有效弥补传统监测手段的不足，更全面地反映机组状态。此外，振动、摆度、压力脉动等和噪声联系紧密，通过这些参数的联合分析和综合应用，互相佐证，能够提高分析结论的准确性。
4.目前电力行业内很少对水轮发电机组的噪声进行在线监测，异响主要是巡检时通过人“听”来发现。随着人工智能及声音识别技术的发展，通过机器来模拟人的听觉，自动对机组异常声音进行识别，进而对故障进行诊断和定位的技术已经日趋成熟，这为建立机组噪声在线监测系统提供了技术条件。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供了机组噪声信号采集电路，可以采集机组重要部位的噪声信号，并进行特征提取。
6.为此，本实用新型的技术方案是：机组噪声信号采集电路，包括信号采集电路、模数转换电路、fpga主控电路和isa通讯电路，信号采集电路具有16个信号采集单元，每个信号采集单元包括运算放大器，运算放大器的输入端接收传感器信号，输出端连接模数转换电路；模数转换电路包括两个ad转换器，每个 ad转换器的输入端连接8个信号采集单元，输出端通过串行通信连接fpga主控电路；fpga主控电路包括fpga芯片，fpga芯片连接isa通讯电路。
7.信号采集电路连接机组上各个部位设置的噪声传感器，将噪声传感器采集的信号进行放大，并将放大后的信号传送到模数转换电路，模数转换电路将模拟信号转换成数字信号，通过串行通信发送到fpga主控电路，fpga主控电路可以缓存噪声信息，也可以将数据信息、地址信息通过isa通讯电路发送到pc端，与pc端进行数据交换，在pc端对各类信息进行处理，提取特征参数并分析判断。
8.优选地，所述信号采集单元包括运算放大器u1b，型号为tl064；u1b的2 脚和3脚连接传感器信号，u1b的1脚与2脚之间连接有电阻ra2，u1b的1 脚与5脚之间连接有电容ca1，u1b的6脚与7脚相连，u1b的7脚与13脚之间连接有电阻ra6，u1b的12脚接地，u1b的13脚与14
脚之间连接有电阻ra8， u1b的14脚连接ad转换器。
9.优选地，所述模数转换电路包括第一ad转换器u49、第二ad转换器u50 和电压基准芯片u47，第一ad转换器u49、第二ad转换器u50的型号为 ad7175；电压基准芯片u47的型号为adr4550；u47的2脚连接+12v电源， u47的6脚与u49的40脚电性连接，两者之间设有电阻r1；u49的2～5脚和 26～37脚连接信号采集单元，u49的14～18脚通过串行通信连接fpga芯片；u47 的6脚与u50的40脚电性连接，两者之间设有电阻r2；u50的2～5脚和26～37 脚连接信号采集单元，u50的14～18脚通过串行通信连接fpga芯片。
10.优选地，还包括fpga电源模块，fpga电源模块包括第一线性稳压器u59，第一线性稳压器u59的输入端连接+5v电源，第一线性稳压器u59的输出端连接fpga芯片。fpga电源模块输出稳压电源，向fpga芯片供电。
11.优选地，所述fpga主控电路包括fpga芯片u55，型号为xc6slx45，fpga 芯片u55的引脚m2、m1、l3、l1、m4、m3、k2、k1、j3、j1、h2、h1连接两个ad转换器；u55的引脚y13、y12、y4、ab3、n1、n3、aa2、ab2 连接isa通讯电路。
12.优选地，所述isa通讯电路包括第一电平转换收发器u61、第二电平转换收发器u62、第三电平转换收发器u65，u61、u62、u65的型号均为74lvc164245；第一电平转换收发器u61的1脚、24脚、25脚、26脚、27脚、29脚、30脚、32脚、33脚、35脚、36脚、37脚、38脚、40脚、41脚、43脚、44脚、46脚、 47脚、48脚连接fpga芯片；第二电平转换收发器u62的1脚、24脚、25脚、 26脚、27脚、29脚、30脚、32脚、33脚、35脚、36脚、37脚、38脚、40脚、 41脚、43脚、44脚、46脚、47脚、48脚连接fpga芯片；第三电平转换收发器u65的1脚、24脚、25脚、36脚、38脚、40脚、41脚、43脚、44脚、48 脚连接fpga芯片。isa通讯电路用于fpga芯片与pc端的数据交换，传输16 位数据信息和10位地址信息。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在发电机机头、风洞、水车室、蜗壳进人门、尾水进人门等重要部位设置噪声传感器，噪声传感器采集噪声信号，利用信号采集单元对噪声传感器采集的噪声信号进行放大，再将噪声信号进行模数转换后传输至fpga芯片，fpga芯片通过isa通讯端口将噪声信号发送至 pc端，方便pc端对噪声原始数据进行傅立叶变换，提取噪声特征，得到反映声音特性的各种参数，分析判断噪声是否存在异常，对异常噪声进行识别并存储异常记录，实现机组运行状态的实时监测。
附图说明
14.以下结合附图和本实用新型的实施方式来作进一步详细说明
15.图1为本实用新型的结构框图；
16.图2为信号采集单元的电路原理图；
17.图3为模数转换电路的电路原理图；
18.图4～图5为fpga主控电路的电路原理图；
19.图6为fpga电源模块的电路原理图；
20.图7为isa通讯电路的电路原理图。
具体实施方式
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向
(x)”、“纵向(y)”、“竖向(z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。
22.此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
23.参见附图。本实施例所述机组噪声信号采集电路，包括信号采集电路、模数转换电路、fpga主控电路、fpga电源模块、isa通讯电路。
24.信号采集电路具有16个信号采集单元，各自连接噪声传感器、键相传感器，接收传感器信号。每个信号采集单元的电路一致，以其中一个信号采集单元为例：信号采集单元包括运算放大器u1b，型号为tl064。运算放大器u1b的工作电压为+12v和-12v，u1b的2脚通过电阻ra1连接传感器信号in ch0+,u1b的3 脚通过电阻ra3连接传感器信号in ch0-；u1b的1脚与2脚之间连接有电阻 ra2，u1b的1脚与5脚之间连接有电容ca1，u1b的6脚与7脚相连，u1b的 7脚与13脚之间连接有电阻ra6，u1b的13脚与14脚之间连接有电阻ra8，电阻ra6和电阻ra8之间通过电阻ra7连接-2.5v，u1b的14脚通过电阻ra10 输出信号ch0+，模拟地信号agnd输出信号ch0-。依次类推，16个信号采集单元分别输出信号：(ch0+、ch0-)，(ch1+、ch1-)，(ch2+、ch2-)， (ch3+、ch3-)，(ch4+、ch4-)，(ch5+、ch5-)，(ch6+、ch6-)， (ch7+、ch7-)，(ch8+、ch8-)，(ch9+、ch9-)，(ch10+、ch10-)， (ch11+、ch11-)，(ch12+、ch12-)，(ch13+、ch13-)，(ch14+、ch14-)， (ch15+、ch15-)。
25.模数转换电路包括第一ad转换器u49、第二ad转换器u50和电压基准芯片u47，第一ad转换器u49、第二ad转换器u50的型号为ad7175；电压基准芯片u47的型号为adr4550。47的2脚连接+12v电源，u47的6脚与u49 的40脚、u50的40脚电性连接，u47与u49之间设有电阻r1，u47与u50之间设有电阻r2；
26.u49的2脚、3脚连接信号ch0+、ch0-，4脚、5脚连接信号ch1+、ch1-， 26脚、27脚连接信号ch2+、ch2-，28脚、29脚连接信号ch3+、ch3-，30 脚、31脚连接信号ch4+、ch4-，32脚、33脚连接信号ch5+、ch5-，34脚、 35脚连接信号ch6+、ch6-，36脚、37脚连接信号ch7+、ch7-；u49的14～19 脚通过串行通信连接fpga芯片。
27.u50的2脚、3脚连接信号ch8+、ch8-，4脚、5脚连接信号ch9+、ch9-， 26脚、27脚连接信号ch10+、ch10-，28脚、29脚连接信号ch11+、ch11-， 30脚、31脚连接信号ch12+、ch12-，32脚、33脚连接信号ch13+、ch13-， 34脚、35脚连接信号ch14+、ch14-，36脚、37脚连接信号ch15+、ch15-； u50的14～19脚通过串行通信连接fpga芯片。
28.所述fpga主控电路包括fpga芯片u55，fpga芯片u55的型号为 xc6slx45，fpga芯片u55的引脚m2、m1、l3、l1、m4、m3连接u49的 14～19脚；u55的引脚k2、k1、j3、j1、h2、h1连接u50的14～19脚；u55 的引脚y13、y12、y4、ab3、n1、n3、aa2、ab2连接isa通讯电路。
29.fpga电源模块包括并联的第一线性稳压器u59，第一线性稳压器u59型号为tps7a4701，第一线性稳压器u59的13脚、15脚、16脚通过电感l30连接 +5v电源，u59的1脚和
20脚相连，向fpga芯片u55供电。
30.所述isa通讯电路包括第一电平转换收发器u61、第二电平转换收发器u62、第三电平转换收发器u65，u61、u62、u65的型号均为74lvc164245；
31.第一电平转换收发器u61的1脚、24脚连接fpga芯片u55的y12脚， u61的25脚、48脚连接fpga芯片u55的y13脚；u61的37脚、38脚、40 脚、41脚、43脚、44脚、46脚、47脚、36脚、35脚、33脚、32脚、30脚、 29脚、27脚、26脚依次连接fpga芯片u55的ab15脚、y15脚、ab14脚、 aa14脚、y14脚、w14脚、ab13脚、w13脚、w15脚、y16脚、aa16脚、 ab16脚、aa18脚、ab18脚、ab19脚、ab20脚，用于传输16位数据信息； u61的12脚、11脚、9脚、8脚、6脚、5脚、3脚、2脚、13脚、14脚、16脚、 17脚、19脚、20脚、22脚、23脚连接pc端，向pc端传送16位数据信息。
32.第二电平转换收发器u62的1脚、24脚连接fpga芯片u55的ab3脚， u62的25脚、48脚连接fpga芯片u55的y4脚；u62的26脚、27脚、29脚、 30脚、32脚、33脚、35脚、36脚、37脚、38脚、40脚、41脚、43脚、44脚、 46脚、47脚连接fpga芯片u55的ab11脚、y11脚、ab10脚、aa10脚、 ab9脚、y9脚、ab8脚、aa8脚、y8脚、ab7脚、y7脚、ab6脚、aa6脚、 y6脚、ab4脚、aa4脚,用于传输10位地址信息；u62的23脚、22脚、20脚、19脚、17脚、16脚、14脚、13脚、12脚、11脚、9脚、8脚、6脚、5脚、3 脚、2脚连接pc端，向pc端传送10位地址信息。
33.第三电平转换收发器u65的1脚、48脚连接fpga芯片u55的n1脚、n3 脚；u65的24脚、25脚连接fpga芯片u55的ab2脚、aa2脚；u65的36 脚连接fpga芯片u55的u1脚，u65的38脚、40脚、41脚、43脚、44脚连接fpga芯片u55的t1脚、r3脚、r1脚、p4脚、p3脚,用于控制各个led指示灯工作。
34.在发电机机头、风洞、水车室、蜗壳进人门、尾水进人门等重要部位设置噪声传感器，噪声传感器采集噪声信号，信号采集电路连接机组上各个部位设置的噪声传感器，将噪声传感器采集的信号进行放大，并将放大后的信号传送到模数转换电路，模数转换电路将模拟信号转换成数字信号，通过串行通信发送到 fpga主控电路，fpga主控电路可以缓存噪声信息，也可以将数据信息、地址信息通过isa通讯电路发送到pc端，在pc端对各类信息进行处理，对噪声原始数据进行傅立叶变换，提取噪声特征，得到反映声音特性的各种参数，分析判断噪声是否存在异常，对异常噪声进行识别并存储异常记录，实现机组运行状态的实时监测。
35.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。