監(jiān)測系統(tǒng)的組成PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1監(jiān)測系統(tǒng)的組成監(jiān)測系統(tǒng)的組成信號變送系統(tǒng)（現(xiàn)場）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（設(shè)備附近）處理和診斷系統(tǒng)（主控制室）第1頁/共66頁實(shí)現(xiàn)狀態(tài)自動監(jiān)測的全過程應(yīng)包括以下基本功能： （1）信號的變送（傳感技術(shù)） 用傳感器收集原始信號 （2）信號的處理（抗干擾技術(shù)） 對傳感器送來的信號進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理。如提高系統(tǒng)的信噪比 （3）數(shù)據(jù)的采集 經(jīng)過預(yù)處理的信號進(jìn)行采集、A/D轉(zhuǎn)換和記錄 （4）信號的傳輸 將信號傳送到遠(yuǎn)離現(xiàn)場的數(shù)據(jù)處理單元第2頁/共66頁 （5）數(shù)據(jù)處理 對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，獲取反映設(shè)備狀態(tài)的特征值，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)和信息 （6）診斷 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)、故障的部位。大

2、多數(shù)的診斷工作是靠人工的有效干預(yù)來完成的。但是，隨著有知識庫的專家系統(tǒng)的發(fā)展，在一定條件，自動化的診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也是完全可能的。 第3頁/共66頁系統(tǒng)的分類：1、按使用場所分 便攜式和固定式2、按監(jiān)測功能分 單參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng) 多參數(shù)綜合性監(jiān)測系統(tǒng)3、按診斷方式分 人工診斷 自動診斷第4頁/共66頁一、概述 傳感器是將反映設(shè)備狀態(tài)的各種物理量監(jiān)測出來。要求傳感器既能反映出原來的物理量，還要和信號處理、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相匹配。 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分構(gòu)成。 傳感器的輸出通常是電信號（易于處理）。敏感元件轉(zhuǎn)換元件被測物理量非電量電量第5頁/共66頁 正確選用傳感器是設(shè)備診斷技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié) 傳感

3、器的基本要求三個(gè)方面： 1、能監(jiān)測出反映設(shè)備狀態(tài)特征量的信號，有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。2、對被測設(shè)備無影響或影響很微弱，吸收待測系統(tǒng)的能量極小，能和后續(xù)單元很好地匹配3、可靠性好，壽命長如要求傳感器輸出的電流或電壓信號，能符合模擬式數(shù)字技術(shù)的要求，否則必須經(jīng)過信號調(diào)理。第6頁/共66頁傳感器的種類： 按用途劃分：溫度、振動、電流、電壓等 按工作原理劃分：應(yīng)變式、壓電式、電阻式等 按是否需要能量支持劃分：無源和有源 按傳感器技術(shù)的發(fā)展階段劃分：結(jié)構(gòu)型、物性型和智能型第7頁/共66頁二、溫度傳感器1、固體溫度傳感器（1）熱電偶西貝克原理：溫度的不同而產(chǎn)生電動勢（溫差電效應(yīng)）把兩種不同導(dǎo)體的兩端

4、用焊接方法連接起來。測溫時(shí)，一般將一接點(diǎn)置于被測溫度場中，稱測溫端或工作端，另一接點(diǎn)放在某一恒定溫度的物體內(nèi)，稱參考端或自由端。第8頁/共66頁熱電偶產(chǎn)生的電勢值和它所測溫度間關(guān)系近似為二次方程，如下式：第9頁/共66頁第10頁/共66頁 這種裝置的使用壽命，主要取決于工作溫度和端點(diǎn)材料的尺寸大小。 電機(jī)溫度監(jiān)測中用得最廣泛的是由銅一康銅和鉻鎳合金一鋁鎳合金制成的熱偶元件其使用壽命很長，可以使用許多年。 缺點(diǎn)：靈敏度低，重復(fù)性不好，線性很差 第11頁/共66頁（2）電阻式溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成 兩種結(jié)構(gòu)：薄膜式和金屬絲

5、繞制（鉑金和鎳） 可廣泛用來做氣體溫度的測溫元件 電阻式溫度計(jì)的電阻的基值通常選定在0時(shí)為100歐。通常用惠斯登電橋來測量其電阻 優(yōu)點(diǎn)：較大溫度范圍內(nèi)具有良好的線性度，測量準(zhǔn)確度較高 缺點(diǎn)：靈敏度較低，價(jià)格較貴。薄膜式元件的阻值常時(shí)間使用后還會產(chǎn)生漂移。第12頁/共66頁2、半導(dǎo)體溫度傳感器（1）熱敏電阻 電阻值是溫度的函數(shù)（阻值隨溫度變化大） 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高。響應(yīng)快、體積小，成本低，可作開關(guān)用（如：當(dāng)溫度超過規(guī)定的極限時(shí)，用它來啟動報(bào)警裝置） 缺點(diǎn)：線性度差，需要修正和補(bǔ)償。第13頁/共66頁（2）溫敏二極管和晶體管 溫敏二極管在恒定電流條件下，PN結(jié)的正向電壓與溫度在很寬的范圍內(nèi)有良好的線

6、性關(guān)系 溫敏晶體管在恒定集電極電流條件下，發(fā)射結(jié)上的正向電壓隨溫度上升而近似線性下降 溫敏晶體管與外圍電路集成化，由于小型化、使用方便和成本低廉成為半導(dǎo)體溫度傳感器的主要發(fā)展方向第14頁/共66頁3、光纖溫度傳感器 透射光的強(qiáng)度隨溫度上升而下降。 優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度、線性和動態(tài)范圍，體積小，抗電磁干擾能力強(qiáng) 具有耐高溫、耐水和良好的絕緣性，適用于監(jiān)測處于高電位處或設(shè)備內(nèi)部的溫度。第15頁/共66頁 圖：半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器 （a）傳感器組成 （b）傳感器結(jié)構(gòu)第16頁/共66頁 其敏感元件是半導(dǎo)體傳感器，它是用一個(gè)細(xì)小的不銹鋼管中間夾持著一個(gè)半導(dǎo)體晶體薄片，兩端分別固定住輸入光纖和輸出光纖，輸

7、入光纖另一端與一個(gè)光發(fā)射器（激光器）相連接，輸出光纖的末端則和一個(gè)光接收器（受光器）相連。 當(dāng)位于被測介質(zhì)中的半導(dǎo)體傳感器的溫度有微小變化時(shí)，光發(fā)射器發(fā)出恒定亮度的光信號，沿著輸入光纖傳輸，透過半導(dǎo)體晶體薄片后，其亮度受半導(dǎo)體晶體薄片的調(diào)制，透過的光由輸出光纖傳送主光接收器，通過光接收器的顯示儀表，即能指示出被測介質(zhì)的溫度值。第17頁/共66頁三、振動傳感器 振動不僅包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械振動，還包括因靜電力或電磁力作用引起的振動。如變壓器局部放電引起的微弱振動等。 根據(jù)測量振動的三個(gè)參數(shù)位移、速度和加速度，振動傳感器可分為位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。 根據(jù)振動頻率確定所需測量的量。隨頻

8、率上升應(yīng)分別選用位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。振動的速度增加時(shí)，位移量減小而加速度要增加第18頁/共66頁第19頁/共66頁（1）位移傳感器 非接觸式或鄰近式位移傳感器 當(dāng)被監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)動部分質(zhì)量較小，傳遞的力也是很小的時(shí)候，用位移傳感器來測量振動是最好的方案。 低頻區(qū)有效，靈敏度達(dá)到 ，廣泛應(yīng)用于測量外殼位移量很小的重型電機(jī)基座的振動和偏心度。mmV/10第20頁/共66頁2、速度傳感器 由電勢的大小來測定振動的速度。 在10Hz一1kHz的頻率范圍內(nèi)，用速度傳感器測量振動速度是最為有效的。 常用于測量各類電機(jī)的振動的均方值。 優(yōu)點(diǎn)：輸出信號大，幾乎不需要再增加信號適配器 缺點(diǎn)：不夠堅(jiān)

9、固 第21頁/共66頁第22頁/共66頁3、加速度傳感器 近年來，常常用加速度傳感器來測量速度和位移，因?yàn)橥ㄟ^積分就可以從加速度求出速度與位移。 傳感器輸出電壓正比于被測物體的振動加速度 常用來測量頻率較高的振動，特別是對于頻率超過1kHz的振動優(yōu)點(diǎn)更為突出。 是三個(gè)測量參數(shù)中靈敏度最高的。4、聲發(fā)射傳感器 監(jiān)測更高頻率的信號，60kHz100MHz。 有窄帶和寬帶兩種，在線監(jiān)測常用窄帶。第23頁/共66頁第24頁/共66頁四、紅外線傳感器（新型傳感器） 用途：物體溫度越高，發(fā)射的紅外輻射就越多，因此可用來測量物體的溫度 不同的氣體或液體只能吸收某一波長或幾個(gè)波長范圍的紅外輻射能，因此可用于進(jìn)

10、行成分分析 優(yōu)點(diǎn)：非接觸式的溫度測量，測溫速度快、范圍廣，測量靈敏度高；對被測溫度場無干擾，可測量各種物體的溫度 類型：熱探測器，光子探測器第25頁/共66頁五、電流傳感器1、互感器型的電流傳感器寬帶型電流傳感器和窄帶型傳感器2、低頻電流傳感器（50Hz250Hz）測量電容性設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切和氧化鋅避雷器阻性電流3、霍耳電流傳感器利用半導(dǎo)體材料的磁敏特性，通過測量其磁感應(yīng)強(qiáng)度，推算出待測電流如用于斷路器分合閘線圈電流的監(jiān)測第26頁/共66頁4、光纖電流傳感器試驗(yàn)階段傳光型（有源）電流傳感器和功能型（無源）電流傳感器第27頁/共66頁六、電壓（電場）傳感器1、電場傳感器2、耦合式傳感器常用于

11、監(jiān)測局部放電的特高頻信號，廣泛應(yīng)用于電機(jī)和GIS的在線監(jiān)測第28頁/共66頁七、氣敏傳感器干式和濕式兩類其中接觸燃燒式和半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備油中的溶解氣體的監(jiān)測干式第29頁/共66頁八、濕敏傳感器用于氣體，特別是大氣中含水量的監(jiān)測感濕材料的不同構(gòu)成了不同的濕敏傳感器第30頁/共66頁采集來自傳感器的各種電信號，并將其送往數(shù)據(jù)處理和診斷系統(tǒng)，以對監(jiān)測到數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理設(shè)備診斷的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 預(yù)處理單元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)核心第31頁/共66頁第32頁/共66頁傳感器預(yù)處理單元數(shù)據(jù)處理單元傳感器預(yù)處理單元數(shù)據(jù)處理單元ususuiKusuiKusKui預(yù)處理單元在不同位置時(shí)對信噪比的影

12、響第33頁/共66頁一、常用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、多路分時(shí)采集系統(tǒng)由一個(gè)多路開關(guān)、公用的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成第34頁/共66頁優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用元件少，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：由于對信號的采集是多路開關(guān)分時(shí)切換，輪流選通，因而各路信號是依次被采集的，不能得到同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，只能用于中速和低速檢測系統(tǒng)中。第35頁/共66頁2、多路同步采集系統(tǒng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)之前的每個(gè)信號通道上增加了S/H保持電路，從而實(shí)現(xiàn)同步采樣。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了信號的同步采樣缺點(diǎn)：所用器件多第36頁/共66頁3、低電平數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于信號弱，要考慮熱電勢、共模電壓等引起的誤差，因此采用差分輸入，并且采樣保持前對信號進(jìn)行差分放大第37頁

13、/共66頁二、信號的預(yù)處理來自傳感器的信號通常需經(jīng)過一系列的變換以適合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這些變換的電路功能就是信號的預(yù)處理。當(dāng)傳感器輸出信號十分微弱時(shí)，必須采用前置放大器提高對信號的分辨率當(dāng)信號含有較多的噪聲成分時(shí)，必須進(jìn)行濾波處理信號傳送過程中不可避免要受到其它信號的干擾，必須采取抗干擾技術(shù)放大，濾波，抗干擾第38頁/共66頁1、信號的傳輸和傳輸過程的干擾抑制（1）監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的相互干擾 各個(gè)通道間盡可能拉開一定的距離，特別要避免通過電磁耦合相連 保證一點(diǎn)接地（避免形成地線環(huán)流引起共模干擾）數(shù)字地和模擬地分開地線盡可能粗、短以降低回路阻抗。 隔離變壓器隔離（磁隔離）、光電隔離第39頁/共66

14、頁 磁隔離輸入回路是由直流電源供電，輸出回路則是通過變壓器耦合供電 光隔離（隔離電位可從數(shù)百伏至數(shù)千伏）輸入回路和輸出回路必須內(nèi)兩個(gè)獨(dú)立的直流電源來供電第40頁/共66頁（2）來自監(jiān)測系統(tǒng)外的電磁干擾廣播、載波通信、高次諧波 可控硅整流高壓輸電線的電暈放電、繼電器斷合、電焊等操作連續(xù)的周期性干擾脈沖型周期性干擾脈沖型干擾第41頁/共66頁外部電磁干擾的傳播途徑：從交流電源進(jìn)入在信號傳送過程中通過電磁耦合進(jìn)入通過傳感器和信號混疊后一起進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)主要干擾源第42頁/共66頁共模抑制線圈差模電容共模電容第43頁/共66頁（3）抗干擾抑制技術(shù)抑制隨傳感器進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾（包括白噪聲）白噪聲包括各種

15、隨機(jī)噪聲，如繞組熱噪聲、地網(wǎng)噪聲、配電線路以及變壓器、繼電保護(hù)信號線路中由于耦合進(jìn)入的各種噪聲等。 第44頁/共66頁硬件措施：硬件濾波器、差動平衡系統(tǒng)、電子鑒別系統(tǒng)軟件措施：數(shù)字濾波器：對數(shù)字信號按一定要求進(jìn)行運(yùn)算處理，而后以數(shù)字形式輸出。平均技術(shù)：減弱隨機(jī)性干擾影響邏輯判斷開窗：對一些已知且相位固定的干擾，運(yùn)用電子技術(shù)或軟件方法對這些信號不予采集、不顯示或直接置零第45頁/共66頁光電信號傳輸通道由光源、光纖和光檢測器組成。（1）光源發(fā)光二極管（LED）和激光二極管（LD），將電信號變?yōu)楣庑盘枺?）光纖光信號的傳輸通道（單模和多模）（3）光監(jiān)測器半導(dǎo)體光電二極管或雪崩光電二極管，將光信號變

16、為電信號第46頁/共66頁將所傳送的監(jiān)測信號或控制信號通過一定的方式調(diào)制光頻載波，由光頻載波輸送信號。是一種光強(qiáng)度調(diào)制方式。一、信號的調(diào)制方式調(diào)幅式調(diào)制調(diào)頻式調(diào)制脈碼調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制：數(shù)字光信號的傳輸方式（強(qiáng)抗干擾能力，可以長距離輸送）第47頁/共66頁二、信號的多路復(fù)用一個(gè)傳輸通道傳送多路信號1、頻分復(fù)用：多路信號調(diào)制成不同中心頻率的調(diào)頻波，解調(diào)2、時(shí)分復(fù)用：在不同的時(shí)間上傳送不同的信號，適于數(shù)字信號的傳送三、數(shù)據(jù)的傳送1、并行傳送：程序查詢傳送、程序中斷傳送、DMA傳送2、串行傳送：通過微機(jī)的RS-32異步串行通信端口傳送第48頁/共66頁第49頁/共66頁常用數(shù)據(jù)處理技術(shù)：時(shí)域分析頻域分析相

17、關(guān)分析：信號測量和分析時(shí)，由于背景噪聲的影響，信號的周期性就難以呈現(xiàn)，利用相關(guān)分析則可以識別信號的周期性。統(tǒng)計(jì)分析：均值計(jì)算、二維譜圖、三維譜圖第50頁/共66頁診斷是根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)提供的信息，包括監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，對設(shè)備所處的狀態(tài)進(jìn)行分析，以確定：該設(shè)備可否繼續(xù)運(yùn)行；是正常運(yùn)行，還是加強(qiáng)監(jiān)測；是安排計(jì)劃檢修，還是立即停機(jī)檢修等。第51頁/共66頁診斷內(nèi)容：（1）判斷設(shè)備有無故障（2）判斷故障的性質(zhì)、類型和原因如：絕緣的劣化是由熱因子還是電因子等引起的（3）判斷故障的狀況和預(yù)測設(shè)備的剩余壽命，即對故障的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢作出診斷（4）判斷故障的部位，及故障定位（5）作出全面的診斷結(jié)論

18、和相應(yīng)的反事故對策第52頁/共66頁例如：變壓器的絕緣壽命可通過測定絕緣紙板的平均聚合度來推測其剩余壽命絕緣紙板的平均聚合度與油中的糠醛含量有如下關(guān)系：nF0035. 051. 1lg第53頁/共66頁例如：用低壓脈沖法對電纜的故障定位知道脈沖波的傳播速度，測出脈沖波到故障點(diǎn)的往返時(shí)間，就可以求出故障點(diǎn)的距離。還可以確定線路故障是開路還是短路。第54頁/共66頁電氣設(shè)備診斷的方法可分為閾值診斷、模糊診斷、時(shí)域波形診斷、頻率特性診斷、指紋診斷、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷以及診斷專家系統(tǒng)第55頁/共66頁一、閾值診斷是通過測試，按照所得特征是否超過規(guī)定閾值來判斷設(shè)備狀態(tài)的方法?？捎脕砼袛嘣O(shè)備是否有故障，也可判斷故障的嚴(yán)重程度以及故障類型和原因如通過監(jiān)測繞組溫度是否超過溫度閾值來判斷發(fā)電機(jī)定子繞組熱故障存在誤報(bào)和漏報(bào)可能性第56頁/共66頁有故障無故障不可用虛假故障可用未發(fā)現(xiàn)故障第57頁/共66頁二、模糊診斷采用模糊集合論的方法進(jìn)行診斷關(guān)鍵是確定隸屬函數(shù)，該函數(shù)是在診斷經(jīng)驗(yàn)或故障統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上確定