一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置和方法。本發明的基本思想是在沒有轉速信號輸入時，微處理器利用模擬開關控制電流源輸出恒定電流，同時通過電壓測量電路獲得轉速傳感器的電壓值，由于電流源輸出電流值已知，那么可以根據歐姆定律計算得出當前轉速傳感器的阻抗值，該值與轉速傳感器標稱阻抗值進行比較，偏差超過合理范圍則認為傳感器故障。
【專利說明】一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于轉速傳感器測量【技術領域】，具體涉及為磁阻式轉速傳感器提供一種在線故障診斷的測量裝置和方法。
【背景技術】
[0002]磁阻式轉速傳感器(以下簡稱轉速傳感器)在火電廠中通常用于測量汽輪機轉速。在汽輪機靜止狀態下，轉速傳感器無電壓電流信號輸出。當汽輪機開始轉動后，轉速傳感器開始輸出交流電信號，信號的頻率與汽輪機轉速成正比，信號的強度隨著轉速的上升而上升，根據轉速傳感器自身阻抗及實際安裝情況的不同，轉速傳感器輸出電壓最高可以達到幾十伏特。在汽輪機上升到某一轉速后，轉速傳感器輸出的交流電壓值不再隨著上升。
[0003]由于磁阻式轉速傳感器這種特殊的電氣特性，所以并不能通過沒有轉速信號來判斷轉速傳感器是否發生故障。目前國內外汽輪機控制系統只是通過比較多個轉速傳感器測量的轉速值偏差來判斷是否有故障。
[0004]最常見的方法是安裝三個轉速傳感器，然后在控制器邏輯中判斷這三個轉速值的相互偏差，在偏差超過20rpm后推斷是某個或多個轉速傳感器故障。由于測量轉速的電路為了過濾干擾信號，往往擁有一個響應門檻值，轉速信號電壓幅值在高于門檻值后才能被測量電路檢測到，所以在控制器邏輯中又加入轉速高于500rpm后才判斷三個轉速值的相
互偏差。
[0005]現有的方法有以下幾點不足:
[0006]I)在汽輪機低轉速和零轉速情況下，無法判斷轉速傳感器是否發生故障，只有在汽輪機進入蒸汽沖轉并且達到一定轉速后才能判斷；
[0007]2)當所有的傳感器均存在故障時，可能每個傳感器測量轉速值均為零，反而無法判斷轉速傳感器是否發生故障；
[0008]3)如果只安裝一個轉速傳感器，這種診斷方法就失效了。
[0009]傳感器通常安裝在封閉的汽輪機前箱內部，如果在汽輪機沖轉后才發現傳感器故障，則需要汽輪機轉子完全靜止后才能打開前箱進行檢查或更換傳感器，而此時汽輪機已經升溫，需要長時間盤車后才能靜止下來，這會導致機組再次啟動時間大大推后，甚至已經點火的鍋爐需要滅火，造成直接和間接經濟損失。
[0010]針對現有方法的不足，應該考慮其他方法來實現磁阻式轉速傳感器的故障診斷，并且該診斷應該是實時進行的，不依賴于汽輪機自身是否轉動，這樣在汽輪機啟動前就能及時發現和排除故障。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是為了解決磁阻式轉速傳感器在汽輪機等旋轉設備低轉速和零轉速情況下缺少故障診斷的問題，而提出一種采用硬件檢測方式，帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置和方法。[0012]本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0013]一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置，包括信號輸入端子、模擬開關、電流源、微處理器、電壓測量電路，其特征在:
[0014]信號輸入端子通過模擬開關與電流源相連，微處理器控制模擬開關的閉合和斷開狀態，用于控制電流源何時向信號輸入端子輸出恒定電流，信號輸入端子通過電壓測量電路與微處理器相連，微處理器通過電壓測量電路采集信號輸入端子之間的電壓值。
[0015]所述磁阻式轉速傳感器測量裝置還包括轉速測量電路；
[0016]所述信號輸入端子連接轉速傳感器信號輸出端，所述信號輸入端子還連接到轉速測量電路的輸入端以及電壓測量電路的輸入端，所述轉速測量電路的輸出端以及電壓測量電路的輸出端均連接至微處理器，所述電流源的輸出端通過模擬開關連接至信號輸入端子，所述微處理器與模擬開關的控制端相連；
[0017]微處理器通過轉速測量電路輸出的信號來計算磁阻式轉速傳感器所檢測的轉速值。
[0018]一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量方法，其特征在于:
[0019]I)微處理器在沒有轉速信號時閉合模擬開關，電流源通過模擬開關向信號輸入端子輸出恒定電流；
[0020]2 )微處理器在模擬開關閉合后，通過電壓測量電路采集信號輸入端子之間的電壓值；
[0021]3)微處理器根據輸出的電流值和采集到的電壓值計算信號輸入端子的輸入阻抗，并通過將輸入阻抗與磁阻式轉速傳感器的標稱阻抗進行比較來判斷為傳感器是否故障。
[0022]一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量方法，其特征在于:微處理器根據轉速值控制模擬開關首次閉合時間。當沒有轉速信號時，之前的轉速值越高，微處理器首次閉合模擬開關前的延時時間就越短；反之，當沒有轉速信號時，之前的轉速值越低，微處理器首次閉合模擬開關前的延時時間就越長。
[0023]一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量方法，其特征在于:在模擬開關首次閉合并斷開后，且沒有檢測到轉速信號后，微處理器周期性的控制模擬開關閉合和斷開。
[0024]本發明對比已有技術具有以下創新點:
[0025]I)采用硬件檢測方式；
[0026]2)采用單個轉速傳感器獨立進行在線故障診斷。
[0027]本發明對比已有技術具有以下顯著優點:
[0028]I)在汽輪機等旋轉設備高轉速、低轉速和零轉速情況下，轉速傳感器均可實時在線診斷故障；
[0029]2)當所有的轉速傳感器均存在故障時，能夠分別診斷出各自的故障狀態；
[0030]3)在只安裝一個轉速傳感器時也能實時在線診斷故障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明裝置的示意圖；
[0032]其中:1 一信號輸入端子、2—轉速測量電路、3—微處理器、4一電流源、5—模擬開關、6—電壓測量電路。【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0034]本發明的基本思想是在沒有轉速信號輸入時，微處理器利用模擬開關控制電流源輸出恒定電流，同時通過電壓測量電路獲得轉速傳感器的電壓值，由于電流源輸出電流值已知，那么可以根據歐姆定律計算得出當前轉速傳感器的阻抗值，該值與轉速傳感器標稱阻抗值進行比較，偏差超過合理范圍則認為傳感器故障。實施例1
[0035]采用附圖1所示的裝置實現磁阻式轉速傳感器的在線故障診斷。
[0036]一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置，包括信號輸入端子1、轉速測量電路2、微處理器3、電流源4、模擬開關5、電壓測量電路6，所述信號輸入端子I包含一對輸入端子，所述信號輸入端子I連接轉速傳感器信號輸出端，所述信號輸入端子I還連接到轉速測量電路2的輸入端以及電壓測量電路6的輸入端，所述轉速測量電路2的輸出端以及電壓測量電路6的輸出端均連接至微處理器3，所述電流源4的輸出端通過模擬開關5連接至信號輸入端子1，所述微處理器3與模擬開關5的控制端相連。
[0037]其中信號輸入端子采用町洋(DINKLE)公司的2ESDFM端子，模擬開關采用松下電器(PANASONIC)公司的AQW214H1光控繼電器，電流源采用德州儀器(Texas Instruments)公司的LM334M電流源，微處理器采用ATMEL公司的AT91SAM7S64C-AU處理器，電壓測量電路主要采用德州儀器(Texas Instruments)公司的ADS8326IBDGKTG4芯片，轉速測量電路主要采用亞德諾(ADI)公司的AD8220ARMZ芯片；其中電流源的設計輸出參數是4.3mA,電壓測量回路的設計測量范圍是O?24V。
[0038]磁阻式轉速傳感器的輸出端連接到信號輸入端子上，當轉速傳感器有轉速信號輸出且幅值超過200mV時，轉速測量電路2能夠正常識別轉速信號；當轉速信號幅值小于200mV時，轉速測量電路不能識別轉速信號。
[0039]帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量方法分三個步驟進行:
[0040]I)微處理器在沒有轉速信號時閉合模擬開關，電流源通過模擬開關向信號輸入端子輸出恒定電流:
[0041]微處理器3在磁阻式轉速傳感器所測量的轉速信號突然消失時閉合模擬開關5，電流源4通過模擬開關5向信號輸入端子I輸出恒定電流。
[0042]當轉速信號突然消失時，微處理器3控制模擬開關5延時閉合。模擬開關首次閉
合前延時時間和信號突然消失前轉速對應關系如下:
[0043]
【權利要求】
1.一種帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量裝置，包括信號輸入端子、模擬開關、電流源、微處理器、電壓測量電路，其特征在: 信號輸入端子通過模擬開關與電流源相連，微處理器控制模擬開關的閉合和斷開狀態，用于控制電流源何時向信號輸入端子輸出恒定電流，信號輸入端子通過電壓測量電路與微處理器相連，微處理器通過電壓測量電路采集信號輸入端子之間的電壓值。
2.根據權利要求1所述的磁阻式轉速傳感器測量裝置，其特征在于: 所述磁阻式轉速傳感器測量裝置還包括轉速測量電路； 所述信號輸入端子連接轉速傳感器信號輸出端，所述信號輸入端子還連接到轉速測量電路的輸入端以及電壓測量電路的輸入端，所述轉速測量電路的輸出端以及電壓測量電路的輸出端均連接至微處理器，所述電流源的輸出端通過模擬開關連接至信號輸入端子，所述微處理器與模擬開關的控制端相連； 微處理器通過轉速測量電路輸出的信號來計算磁阻式轉速傳感器所檢測的轉速值。
3.一種基于權利要求1或2所述磁阻式轉速傳感器測量裝置的帶在線故障診斷的磁阻式轉速傳感器測量方法，其特征在于: 1)微處理器在沒有轉速信號時閉合模擬開關，電流源通過模擬開關向信號輸入端子輸出恒定電流； 2)微處理器在模擬開關斷開后，通過電壓測量電路采集信號輸入端子之間的電壓值； 3)微處理器根據輸出的電流值和采集到的電壓值計算信號輸入端子的輸入阻抗，并通過將輸入阻抗與磁阻式轉速傳感器的標稱阻抗進行比較來判斷為傳感器是否故障。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于: 微處理器根據轉速值控制模擬開關首次閉合時間: 當轉速大于2000rpm時,模擬開關首次閉合時間為45ms; 當轉速大于IOOOrpm且小于等于2000rpm,模擬開關首次閉合時間為90ms ； 當轉速大于500rpm且小于等于IOOOrpm,模擬開關首次閉合時間為180ms ； 當轉速大于200rpm且小于等于500rpm,模擬開關首次閉合時間為450ms ； 當轉速小于等于200rpm，模擬開關首次閉合時間為900ms。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于: 在模擬開關首次閉合并斷開后，且沒有檢測到轉速信號后，微處理器周期性的控制模擬開關閉合和斷開。
【文檔編號】G01P21/00GK103823079SQ201410082075
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】張文景, 任光輝, 周立東, 劉娜, 奚志江, 錢華東, 何同運 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司