水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水電測(cè)試裝置，具體為水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置,包括轉(zhuǎn)換切換線路板，所述的轉(zhuǎn)換切換線路板上有冗余接線端子，冗余接線端子與各個(gè)信號(hào)源連接；所述的冗余接線端子包括供電針腳和轉(zhuǎn)換線路，供電針腳與電源撥碼開關(guān)連接，所述的電源撥碼開關(guān)與供電電源連接；所述的轉(zhuǎn)換線路與信號(hào)切換撥碼開關(guān)連接，所述的信號(hào)切換撥碼開關(guān)與37針統(tǒng)一輸出接口連接，所述的37針統(tǒng)一輸出接口與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。該裝置在單一接線端口中實(shí)現(xiàn)不同接線方式、不同信號(hào)輸入與輸出、不同信號(hào)調(diào)理的統(tǒng)一，減少現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作，提高試驗(yàn)效率，對(duì)不同種類、不同接線、不同供電和不同輸出的傳感器實(shí)現(xiàn)單通道切換和配置。
【專利說明】
水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種水電測(cè)試裝置，具體為水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和水電行業(yè)的迅速發(fā)展，水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的內(nèi)容越來越豐 富，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)也提出了更高的要求。水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)象和參數(shù)大部分都是各種 物理值，如溫度、距離、流速、壓力等，要把它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)能接收的信號(hào)，例如 電壓或電流，需要通過傳感器的轉(zhuǎn)換，而各種傳感器除了必須的測(cè)量要求外，如表面測(cè)溫傳 感器需要貼近測(cè)試表面、高頻振動(dòng)選用加速度振動(dòng)傳感器等，不同傳感器還有不同的供電、 輸入和輸出要求。
[0003] 以水力機(jī)組試驗(yàn)中常用的傳感器為例，振動(dòng)位移傳感器通常采用-24V供電，接線 方式有4芯和3芯兩種，信號(hào)輸出為-18~-2V;振動(dòng)速度傳感器的供電方式有-24V供電、土 12V供電、無需供電三種，信號(hào)輸出為0~500mV;加速度傳感器和噪聲傳感器通常無需供電， 直接電壓輸出；而壓力傳感器和壓差傳感器則是+24V供電，4~20mA輸出，接線方式為2芯。
[0004] 如果能將這些參數(shù)測(cè)量的傳感器或轉(zhuǎn)換元件，設(shè)計(jì)一種統(tǒng)一的信號(hào)輸入輸出接 口，使得同一接口實(shí)現(xiàn)水力機(jī)組試驗(yàn)的大多數(shù)傳感器供電、輸入和輸出要求，則可以實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的靈活配置和測(cè)試參數(shù)接入的極大簡化，并能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試信號(hào)安裝配置時(shí) 間、提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的效率和經(jīng)濟(jì)性。
[0005] 目前為了兼容不同測(cè)試參數(shù)的接入要求，有兩種不同的技術(shù)方案，第一種是直接 根據(jù)不同接入?yún)?shù)的要求，更換不同的測(cè)試系統(tǒng)或者測(cè)試采集模塊。第二種是采用單一的 測(cè)試采集模塊或系統(tǒng)，利用不同的接入轉(zhuǎn)換端子，配置不同的電源模塊，來實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的 轉(zhuǎn)換和接入。
[0006] 目前水電行業(yè)應(yīng)用較多的商用測(cè)試儀器和監(jiān)測(cè)設(shè)備較多，包括美國NI(National Instruments)公司的cDAQ系列、PXI系列、cRIO系列，美國HBM公司Liberty采集儀、eDAQ采集 設(shè)備等等，它們采用的大多是根據(jù)不同的測(cè)試參數(shù)，來調(diào)整采集系統(tǒng)的硬件模塊，以滿足測(cè) 量信號(hào)的接入要求
[0007] 以測(cè)試行業(yè)常用的美國National Instruments公司的cDAQ測(cè)試采樣系統(tǒng)為例，NI cDAQ全稱NI CompactDAQ，是一種為工作臺(tái)、測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)以及生產(chǎn)流水線上的傳感器和電子測(cè) 量應(yīng)用提供USB或以太網(wǎng)口即插即用特性的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
[0008] cDAQ測(cè)試采樣系統(tǒng)包括機(jī)箱和測(cè)試采集模塊，通過在機(jī)箱上安裝各種采集模塊實(shí) 現(xiàn)水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試任務(wù)。
[0009] 目前提供11種測(cè)試采集模塊，包括模擬輸入、電偶輸入、振動(dòng)和加速度輸入等輸入 模塊。下表給出了適配不同測(cè)試參數(shù)的常用cDAQ模擬輸入模塊。
[0011] 這樣針對(duì)不同的模擬信號(hào)輸入方式，購置安裝不同的采集模塊進(jìn)行連接，最終實(shí) 現(xiàn)不同種類的輸入?yún)?shù)的連接。
[0012] 作為技術(shù)成熟的商用模塊化硬件，通過更換不同的CDAQ采集模塊，可以讓采集系 統(tǒng)適配不同的測(cè)量參數(shù)，具有靈活配置的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)。
[0013] (1)設(shè)備經(jīng)濟(jì)性不高。不同的測(cè)量參數(shù)和傳感器，需要購買和更換不同的測(cè)試采集 模塊，例如10個(gè)電壓信號(hào)測(cè)點(diǎn)，1個(gè)電流信號(hào)測(cè)點(diǎn)，就需要購置1個(gè)32通道的電壓測(cè)量模塊和 1塊單獨(dú)的電流測(cè)量模塊，造成每塊采集模塊上資源的浪費(fèi)，從成本上考慮也非常不經(jīng)濟(jì)。
[0014] (2)接線方式難以適配。雖然針對(duì)市面上不同的傳感器，一些可以直接選擇連接測(cè) 試采集模塊，但大多數(shù)傳感器還需要供電線路連接，以及部分電流輸出的傳感器還需要與 采集模塊連接形成回路，對(duì)二芯、三芯和四芯等不同接線方式的傳感器，無法統(tǒng)一適配，仍 然需要在接入前配置接線和轉(zhuǎn)換。
[0015] 從經(jīng)濟(jì)的角度，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)購置的都是單一的測(cè)試采集模塊，如電壓采集模 塊，那么電流的輸入則通過電阻回路的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。通常電壓采集范圍為±l〇V，對(duì)于超出 測(cè)量范圍的電壓測(cè)量參數(shù)，還需要進(jìn)行分壓操作，以保證采集系統(tǒng)能在量程內(nèi)接收。
[0016] 對(duì)采用單一的測(cè)試采集模塊或系統(tǒng)，最原始的方式，就是利用不同的接入轉(zhuǎn)換端 子，配置不同的電源模塊，來實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的轉(zhuǎn)換和接入。
[0017] 雖然采用膠帶、端子排、面包板和電阻焊接等方式能實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)的接入，但既增 大了試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的工作量，也帶來了較大的連接錯(cuò)誤幾率，耗費(fèi)了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間，尤其在國際 化水力機(jī)組測(cè)試項(xiàng)目日益增多的今天，這種方式需要耗費(fèi)較大現(xiàn)場(chǎng)連接配置和測(cè)試時(shí)間， 帶來了額外的試驗(yàn)成本和試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。雖然國內(nèi)外提供過不同接入裝置的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，但實(shí)際 上通常與各自的采集產(chǎn)品綁定，且無法實(shí)現(xiàn)多種傳感器的接入切換。
[0018] 因此，如果能實(shí)現(xiàn)所有傳感器的統(tǒng)一供電、接入和信號(hào)調(diào)理，則不僅能優(yōu)化試驗(yàn)流 程、提高試驗(yàn)效率，并能大大提升水電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)水平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0019] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，以 解決不同傳感器接線方式不同的問題、不同傳感器供電需求不同的問題和不同傳感器信號(hào) 輸出不同的問題。
[0020] 具體技術(shù)方案為：
[0021] 水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，包括轉(zhuǎn)換切換線路板，所述的轉(zhuǎn)換切換 線路板上有冗余接線端子，冗余接線端子與各個(gè)信號(hào)源連接;所述的冗余接線端子包括供 電針腳和轉(zhuǎn)換線路，供電針腳與電源撥碼開關(guān)連接，所述的電源撥碼開關(guān)與供電電源連接； 所述的轉(zhuǎn)換線路與信號(hào)切換撥碼開關(guān)連接，所述的信號(hào)切換撥碼開關(guān)與37針統(tǒng)一輸出接口 連接，所述的37針統(tǒng)一輸出接口與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
[0022]轉(zhuǎn)換切換線路板，包括單個(gè)通道線路回路，單個(gè)通道線路回路包括J1位撥碼開關(guān)、 JP1位撥碼開關(guān)、C0N2兩針連接件和C0N3三針連接件;J1位撥碼開關(guān)通過電阻R33與JP1位撥 碼開關(guān)連接，J1位撥碼開關(guān)通過電阻R1接地;JP1位撥碼開關(guān)通過電阻R65接地。
[0023]冗余接線端子為4針冗余接線端子，依次為第1針為電壓正，第2針為電壓負(fù)，第3針 為信號(hào)正，第4針為接地。
[0024] 本發(fā)明提供的水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，有益效果：
[0025] (1)完備性。在單一接線端口中實(shí)現(xiàn)不同接線方式、不同信號(hào)輸入與輸出、不同信 號(hào)調(diào)理的統(tǒng)一，而無需額外連接供電裝置、信號(hào)調(diào)理裝置和接線轉(zhuǎn)換裝置。
[0026] (2)效率高。不需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連線配置、焊接和轉(zhuǎn)換，直接采用四芯可插拔接線端 子連接即可，大大減少現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作，提高試驗(yàn)效率，減少出錯(cuò)機(jī)會(huì)，以提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性。
[0027] (3)擴(kuò)展性?？梢酝ㄟ^撥碼開關(guān)的擴(kuò)展，例如串接電容等方式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的直流濾 波等功能，可以滿足后續(xù)更多測(cè)量參數(shù)接入的需求。
[0028]本發(fā)明提供的水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，針對(duì)水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè) 試，尤其是采用非常規(guī)方法的水力性能試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)，如基于超聲波法和熱力學(xué) 發(fā)的水輪機(jī)效率試驗(yàn)、基于量熱法的發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)參數(shù)和溫升試驗(yàn)等，對(duì)不同種 類、不同接線、不同供電和不同輸出的傳感器實(shí)現(xiàn)單通道切換和配置。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2為冗余接線端子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明的單個(gè)通道線路回路；
[0032] 圖4為實(shí)施例的多通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖5為實(shí)施例的電源撥碼開關(guān)的電壓正極輸出模塊；
[0034] 圖6為實(shí)施例的電源撥碼開關(guān)的電壓負(fù)極輸出模塊；
[0035] 圖7為本實(shí)施例的37針統(tǒng)一輸出接口的輸出接口定義之一；
[0036] 圖8為本實(shí)施例的37針統(tǒng)一輸出接口的輸出接口定義之二。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0038] 水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，包括轉(zhuǎn)換切換線路板2,所述的轉(zhuǎn)換切換 線路板2上有冗余接線端子1，冗余接線端子1與各個(gè)信號(hào)源連接;所述的冗余接線端子1包 括供電針腳和轉(zhuǎn)換線路，供電針腳與電源撥碼開關(guān)3連接，所述的電源撥碼開關(guān)3與供電電 源4連接;所述的轉(zhuǎn)換線路與信號(hào)切換撥碼開關(guān)連接，所述的信號(hào)切換撥碼開關(guān)與37針統(tǒng)一 輸出接口 5連接，所述的37針統(tǒng)一輸出接口 5與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
[0039] 冗余接線端子1為冗余多孔可插拔的接線端子，并設(shè)計(jì)其各針定義以適配不同的 接線方式，滿足不同傳感器的不同接線方式。
[0040] 冗余接線端子1加入了供電針腳，并在線路板上設(shè)計(jì)信號(hào)切換撥碼開關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同 供電需求的切換，解決不同傳感器供電需求不同的問題。
[0041] 在轉(zhuǎn)換切換線路板2上的信號(hào)切換撥碼開關(guān)及其轉(zhuǎn)換線路，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的統(tǒng)一 輸出，解決不同傳感器信號(hào)輸出不同的問題。
[0042] 通過每個(gè)通道的獨(dú)立設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在同一接口中，靈活配置不同測(cè)量傳感器和信號(hào) 輸入，并盡可能減少試驗(yàn)連接環(huán)節(jié)和信號(hào)干擾。數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常能接收某種范圍的電流 或電壓信號(hào)，而電流與電壓輸入又可以以電阻轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行切換，因此從成本角度考慮， 這里選用接收范圍±l〇V的電壓采集模塊，用同一采集要求來轉(zhuǎn)換所有輸入測(cè)試參數(shù)。 [0043]本實(shí)施例為適配直接電壓信號(hào)輸入、電流信號(hào)輸入、大范圍電壓信號(hào)輸入三類測(cè) 試參數(shù)的要求。
[0044] 位移傳感器接入要求如下，通?？梢垣@取上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承和推導(dǎo)軸 承的徑向位移，還可獲得機(jī)架垂直振動(dòng)或抬機(jī)量等機(jī)械測(cè)試參數(shù)：
[0046]速度傳感器要求如下，對(duì)于水力機(jī)組上機(jī)架、下機(jī)架、基坑表面振動(dòng)，通常采用低 頻速度傳感器，輸出可以是速度信號(hào)，也可以是傳感器內(nèi)部積分后輸出的位移信號(hào)。
[0048]壓力傳感器通常獲取水力測(cè)量參數(shù)，例如蝸殼進(jìn)出口壓力、尾水管壓力、頂蓋壓力 等信號(hào)，以獲得水壓的脈動(dòng)情況。傳感器要求如下：
[0050]壓差傳感器主要獲取上下游水位、水頭和蝸殼壓差測(cè)量參數(shù)，要求如下：
[0052]其他部分通過來自水電廠監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)的信號(hào)參數(shù)，包括電氣參數(shù)、調(diào)節(jié) 參數(shù)等信號(hào)，通常以4~20mA的電流信號(hào)接入，對(duì)此采用電流轉(zhuǎn)電壓的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接。 [0053]鑒于水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中采用的測(cè)試傳感器大多不超過4芯連接，因此冗余接線 端子1采用4針冗余接線端子，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)不同接線方式的測(cè)試參數(shù)接入。
[0054]由于最終參數(shù)輸入統(tǒng)一為±10V電壓輸入，冗余接線端子14針中，第1針為電壓正， 第2針為電壓負(fù)，第3針為信號(hào)正，第4針為接地。這里并沒有限定電壓大小，因此可以通過電 源撥碼開關(guān)3切換電源輸入，滿足±12V、±24V和-24V等不同傳感器的供電需求。
[0055] 冗余接線端子1可以固定在一塊標(biāo)準(zhǔn)面板上，實(shí)現(xiàn)多通道的集成。
[0056] 為了滿足多種輸入需求，轉(zhuǎn)換切換線路板2設(shè)計(jì)單個(gè)通道線路回路如圖3,其中J1 撥碼開關(guān)和JP1位撥碼開關(guān)，C0N2和C0N3為兩針和三針連接件。電阻R1為250 精密電阻，實(shí) 現(xiàn)電流與電壓的轉(zhuǎn)換；電阻R33和電阻R65分別為5K和1K的精密電阻，來實(shí)現(xiàn)輸入電壓范圍 過大的分壓，轉(zhuǎn)換比為1/6。
[0057]轉(zhuǎn)換切換線路板2上同時(shí)集成了多個(gè)冗余接線端子1和37針統(tǒng)一輸出接口 5,多通 道實(shí)現(xiàn)方式見圖4所示。
[0058]由于需要適配多種供電模式，將電源撥碼開關(guān)3實(shí)現(xiàn)同一通道多種供電模式的切 換。設(shè)計(jì)示意圖如圖5和圖6所示。
[0059]通過電源撥碼開關(guān)3切換短接電壓輸出端，來實(shí)現(xiàn)±24V電壓供電、+24V電源供 電、-24V電源供電和±12V電源供電四種方式。
[0060] 供電電源4為兩塊標(biāo)準(zhǔn)220V輸入的工業(yè)電源供電模塊，一塊實(shí)現(xiàn)24V電壓供電，即+ 24V電源輸出、-24V電源輸出，另外一塊實(shí)現(xiàn)± 12V電源供電輸出。
[0061] 由于所有信號(hào)通道已經(jīng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)±10V電壓信號(hào)，且均已統(tǒng)一為2芯接口，則可 以直接接入單一接口的測(cè)試采集模塊中，如NI cDAQ的9205電壓模擬輸入模塊，37針統(tǒng)一輸 出接口 5的輸出接口定義如下：
[0062]其中S1~S32為32個(gè)單端接入通道的測(cè)試參數(shù)，GND為接地，37針統(tǒng)一輸出接口 5， 實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的連接，連接定義見上圖7和圖8。
[0063]最終實(shí)現(xiàn)對(duì)這四類信號(hào)的直接連接和轉(zhuǎn)換。
[0065]通過材料設(shè)計(jì)和封裝，最終可以將轉(zhuǎn)換切換線路板2等集成在工業(yè)手提箱中，實(shí)現(xiàn) 便攜和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換切換線路板(2)，所 述的轉(zhuǎn)換切換線路板(2)上有冗余接線端子(1)，冗余接線端子(1)與各個(gè)信號(hào)源連接;所述 的冗余接線端子（1)包括供電針腳和轉(zhuǎn)換線路，供電針腳與電源撥碼開關(guān)(3)連接，所述的 電源撥碼開關(guān)(3)與供電電源(4)連接;所述的轉(zhuǎn)換線路與信號(hào)切換撥碼開關(guān)連接，所述的 信號(hào)切換撥碼開關(guān)與37針統(tǒng)一輸出接口（5)連接，所述的37針統(tǒng)一輸出接口（5)與數(shù)據(jù)采集 設(shè)備連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，其特征在于:所述的 轉(zhuǎn)換切換線路板(2)，包括單個(gè)通道線路回路，單個(gè)通道線路回路包括Jl位撥碼開關(guān)、JPl位 撥碼開關(guān)、C0N2兩針連接件和C0N3三針連接件;Jl位撥碼開關(guān)通過電阻R33與JPl位撥碼開 關(guān)連接Jl位撥碼開關(guān)通過電阻Rl接地;JPl位撥碼開關(guān)通過電阻R65接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的統(tǒng)一接入裝置，其特征在于:所 述的冗余接線端子（1)為4針冗余接線端子，依次為第1針為電壓正，第2針為電壓負(fù)，第3針 為信號(hào)正，第4針為接地。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK105911468SQ201610278881
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】周葉, 潘羅平, 程大勇, 高慶龍, 曹登峰, 夏偉, 江翠偉
【申請(qǐng)人】北京中水科水電科技開發(fā)有限公司