水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种信号采集系统，具体涉及一种水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统。


背景技术：

2.我国的水电开发正步人大发展时期，随着各种新技术、新材料、新工艺的不断应用，水轮机等关键设备在运行的可靠性、安全性等方面，都已达到较高的水平，而噪声却在长时间以来一直被忽略，从设计、安装、验收等阶段都没有把噪声作为一个指标来加以考虑，而对于水头高、转速快的水轮机（如抽水蓄能电站），在正常的工况下运行所产生的噪声总远远超出国家85db（a）的劳动卫生的标准，也超过国际iso推荐的n曲线标准。随着国家对环保的要求不断提高，对劳动安全、对工作人员所受到的损害越来越关注，对噪声方面的要求也相应的重视起来，有的电厂已把噪声作为年度安全考核的一个指标。
3.目前，对电厂内水轮机的噪声监测主要是依靠有经验的工作人员对机械来进行检查，工作人员对设备的噪声、振动频率等数据在规定的时间内进行监测，但在实际操作过程中，由于监测环境的复杂多变，监测人员不可能对每个参数实现全天候的监测与分析，这就导致实时的噪声管理难以实现，并且由于缺乏自动化手段，监测本身需要耗费巨大的人力、物力资源。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，体积小，实时处理能力强的水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统包括噪声传感器、噪声信号采集电路、ad转换芯片、fpga模块和上位机通讯系统；所述噪声传感器用于采集噪声信号；所述噪声传感器与噪声信号采集电路连接并向噪声信号采集电路传递噪声信号；所述噪声信号采集电路与ad转换芯片连接；所述噪声信号采集电路用于对噪声信号进行滤波处理并将有效的噪声信号传输至ad转换芯片；所述ad转换芯片与fpga模块连接；所述ad转换芯片用于将噪声信号从模拟信号转化为数字信号，并将转化好的噪声信号传输至fpga模块中；所述fpga模块与上位机通讯系统连接；所述fpga模块用于对噪声信号处理并将处理结果反馈至上位机通讯系统；所述噪声信号采集电路包括差分放大电路、反向放大电路、二阶低通滤波电路一和二阶低通滤波电路二；所述差分放大电路、反向放大电路、二阶低通滤波电路一和二阶低通滤波电路二依次连接。
6.作为优选，本实用新型中所述差分放大电路的电路放大倍数为2；该差分放大电路中r12与r9的电阻值比值为2，r9和r10的电阻阻值相同，r12和r11电阻阻值相同。
7.作为优选，本实用新型中所述反向放大电路的电路放大倍数为1；该反向放大电路中r15与r14的电阻值比值为1。
8.作为优选，本实用新型中所述二阶低通滤波电路一和二阶低通滤波电路二的截止
频率均为100khz，电路放大倍数均为2。
9.作为优选，本实用新型中所述差分放大电路用于减小输入信号带来的信号漂移，并将噪声信号进行放大、反相；所述反向放大电路用于将噪声信号反相并放大；所述二阶低通滤波电路一和二阶低通滤波电路二均用于减小高频噪声对噪声信号的影响并将采集的噪声信号放大。
10.作为优选，本实用新型中所述fpga模块包括spi协议模块、逻辑控制模块、fifo模块、fft转换模块、ram存储模块和ij45协议模块；所述spi协议模块、fifo模块、ftt转换模块、ram存储模块、ij45协议模块依次连接并进行依次信号传输；所述逻辑控制模块与spi协议模块、fifo模块、ftt转换模块、ram存储模块、ij45协议模块均为控制连接。
11.作为优选，本实用新型中所述spi协议模块用于读取使用spi协议的ad转换芯片的数据；所述逻辑控制模块用于控制fpga模块内各个模块的执行顺序；所述fifo模块用于对数据进行保护；所述fft转换模块用于将采集的时间域的离散数据转换为频率域上，并显示离散数据的特征频率的幅值大小；所述ram存储模块用于保护fft转换模块输出的数据；所述ij45协议模块用于与上位机通讯系统用网口通讯设计的协议。
12.作为优选，本实用新型中所述ad转换芯片为逐次逼近型ad芯片，ad转换芯片使用的协议为spi数据通讯协议。
13.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
14.1、本实用新型中通过噪声传感器、噪声信号采集电路、ad转换芯片、fpga模块进行噪声信号采集和处理，并配合上位机通讯系统进行频谱分析，能够对水轮发电机的工作状态进行精确的判断，并且该系统体积小，实时处理能力强，具有实际的工程应用价值。
15.2、本实用新型使用了分布式采集与计算的方式，将传统服务器的大规模高速数据采集和计算分散在了每个噪声传感器和噪声信号采集电路中，大大降低了服务器的运算要求和带宽。
16.3、本实用新型的噪声信号采集电路使用了两组sallen
‑
key结构的二阶低通滤波电路，确保能有效的将噪声信号的高频成分滤掉，采集有效的噪声信号，使得最后的处理结果更为准确。
17.4、本实用新型通过ij45协议模块的网络设置能够实现数据自动采集、处理、存储和上传，再通过上位机进行噪声分析，保证了数据的实时性。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例中水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统的系统框架示意图。
19.图2是本实用新型实施例中噪声信号采集电路的结构示意图。
20.图中：噪声传感器1、噪声信号采集电路2、ad转换芯片3、fpga模块4、上位机通讯系统5、差分放大电路21、反向放大电路22、二阶低通滤波电路一23、二阶低通滤波电路二24、spi协议模块41、逻辑控制模块42、fifo模块43、fft转换模块44、ram存储模块45、ij45协议模块46。
具体实施方式
21.下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
22.实施例
23.参见图1至图2，本实施例中的水轮发电机噪声分布式动态信号采集系统包括噪声传感器1、噪声信号采集电路2、ad转换芯片3、fpga模块4和上位机通讯系统5；噪声传感器1用于采集噪声信号；噪声传感器1与噪声信号采集电路2连接并向噪声信号采集电路2传递噪声信号；噪声信号采集电路2与ad转换芯片3连接；噪声信号采集电路2用于对噪声信号进行滤波处理并将有效的噪声信号传输至ad转换芯片3；ad转换芯片3与fpga模块4连接；ad转换芯片3用于将噪声信号从模拟信号转化为数字信号，并将转化好的噪声信号传输至fpga模块4中；fpga模块4与上位机通讯系统5连接；fpga模块4用于对噪声信号处理并将处理结果反馈至上位机通讯系统5。ad转换芯片3为逐次逼近型ad芯片，ad转换芯片3使用的协议为spi数据通讯协议；ad转换芯片3中具有多个采集通道，可以满足设计要求的通道数量。
24.本实施例中的噪声信号采集电路2包括差分放大电路21、反向放大电路22、二阶低通滤波电路一23和二阶低通滤波电路二24；差分放大电路21、反向放大电路22、二阶低通滤波电路一23和二阶低通滤波电路二24依次连接。
25.本实施例中的差分放大电路21的电路放大倍数为2；该差分放大电路21中r12与r9的电阻值比值为2，r9和r10的电阻阻值相同，r12和r11电阻阻值相同；反向放大电路22的电路放大倍数为1；该反向放大电路22中r15与r14的电阻值比值为1；二阶低通滤波电路一23和二阶低通滤波电路二24的截止频率均为100khz，电路放大倍数均为2；差分放大电路21用于减小输入信号带来的信号漂移，并将噪声信号进行放大、反相；反向放大电路22用于将噪声信号反相并放大；二阶低通滤波电路一23和二阶低通滤波电路二24均用于减小高频噪声对噪声信号的影响并将采集的噪声信号放大。
26.本实施例中的fpga模块4包括spi协议模块41、逻辑控制模块42、fifo模块43、fft转换模块44、ram存储模块45和ij45协议模块46；spi协议模块41、fifo模块43、ftt转换模块44、ram存储模块45、ij45协议模块46依次连接并进行依次信号传输；逻辑控制模块42与spi协议模块41、fifo模块43、ftt转换模块44、ram存储模块45、ij45协议模块46均为控制连接；spi协议模块41用于读取使用spi协议的ad转换芯片3的数据；逻辑控制模块42用于控制fpga模块4内各个模块的执行顺序；fifo模块43用于对数据进行保护；fft转换模块44用于将采集的时间域的离散数据转换为频率域上，并显示离散数据的特征频率的幅值大小；ram存储模块45用于保护fft转换模块44输出的数据；ij45协议模块46用于与上位机通讯系统5用网口通讯设计的协议。
27.本实施例作业时，噪声传感器1将采集到的噪声信号传输至噪声信号采集电路2中；噪声信号采集电路2的输入端采用差分放大电路21，可以有效的解决现场对传感器地信号的影响，保证信号的抗干扰性，对输入的噪声信号进行了两倍反向放大；再接入反向放大电路22使信号相位与原始信号相位保持不变；二阶低通滤波电路一23和二阶低通滤波电路二24选用sallen
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key结构，确保能有效的将噪声信号的高频成分滤掉，采集有效的噪声信号；fpga模块4控制ad转换芯片3中的通道选择开关和ad转换器，完成对多路模拟输入信号的选择，并对经过多通道选择开关后的模拟信号进行采样，采集的模拟信号转换成数字信
号，存人ram存储模块45中，fpga模块4对ram存储模块45中的信号数据进行自适应滤波处理，再传输至上位机通讯系统5中实时显示波形。
28.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。