第2章传感器在线监测与诊断.ppt.ppt

第二章 传感器在线监测与诊断 On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment * 二、监测和诊断系统的组成及前端 2.1 系统的组成和分类 1）信号的变送 由传感器将监测的物理量转变为电信号传送到后续单元。 电气 设备 传感器 信号变送系统 信号 预处理 数据 采集 数据采集系统 信号 传输 数据 处理 诊断 处理和诊断系统 状态维修决策 图 监测和诊断系统的组成框图 1. 系统的组成 2）信号的处理 对传感器传送来的信号适当预处理，电平、滤波和极性鉴别等。 3）数据采集 对经预处理的信号采集、A/D转换和记录。 4）信号的传输 将采集到的信号传送到后续单元。 5）数据处理 对采集到的数据处理和分析，获取反映设备状态的特征值，为诊断提供有效的数据和信息。 6）诊断 对处理后数据和历史数据、判据及其它信息比较、分析后，对设备状态或故障部位作出诊断。 归纳为3个子系统： （1）被监测设备和传感器 （2）信号预处理和数据采集子系统； （3）信号处理和诊断系统 2.系统的分类 1)按使用场所 便携式和固定式 2）按监测功能 单参数和多参数综合性 3）按诊断方式 人工和自动诊断 2.2 传感器 1.概述 传感器是将反映设备状态的各种物理量监测出来。一般转变为电信号再进一步处理。 传感器的基本要求： (1)能监测出反映设备状态特征量的信号，有良好的静态特性和动态特性。 (2)对被测设备无影响或影响微弱，和后续单元良好匹配 (3)可靠性好，寿命长。 分类： (1)按需要外加辅助能量与否：有源和无源 (2)按发展阶段：结构型、物性型、智能型 2.温度传感器(接触式） (1)固体温度传感器 a.热电偶 温差电效应 b.电阻式温度计 高强度的金属丝稳定的正温度系数特点、惠斯登电桥 (2)半导体温度传感器 a.热敏电阻 由MnO、CoO和NiO等金属氧化物为基本成分制成的陶瓷半导体。阻值是温度的函数。 b.温敏二极管和晶体管 恒定（集电极）电流下，PN结（发射结）正向电压 与温度有良好的线性关系。 (3)光纤温度传感器 光强型：光经光纤通过温敏元件时，温度增加，透射光强度下降，且有较好的线性度。 功能型：光纤本身的温敏特性 光纤光栅型： 3.红外线传感器 热辐射，物体辐射时总包括红外线的波谱，且峰值随温度降低而增加。 红外线传感器（红外探测器） 技术参数 分为热探测器和光子探测器。 1）热探测器 热效应 (1)热敏电阻型探测器 探测器一般由锰、钴和镍金属氧化物按一定比例混合、压制成型，经高温烧结而成。 (2)热电偶型探测器 利用热电偶的温差电效应测量红外辐射。热电偶两臂分别用正、负温差电动势率的材料制成。 (3)热释电探测器 热释电效应、铁电体 2）光子探测器 (1)光电导探测器（光敏电阻） 光电导效应 (2)光伏探测器 光生伏特效应 (3)多元阵列探测器 红外成像 4.振动传感器 测量振动3个参数：位移、速度和加速度 1)位移传感器 低频区 2)速度传感器 10Hz~1kHz的振动 3)加速度传感器 1kHz、压电式传感器 4.声发射传感器 压电效应 5. 电流传感器 1)互感器型的电流传感器 穿芯小电流传感器 工频：铁镍合金、泄漏电流 中低频：微晶、脉冲电源 高频：铁氧体、放电电流脉冲 a.高频电流互感器 次级线圈感应电压e(t)与一次电流i1 (t)的关系： 式中互感 (1)宽带型(自积分) 线圈两端并接一个积分电阻R。 见图2-10。 自积分电阻R并联一个杂散电容C0，总共形成带通响应： 与R、N和C0的关系： (2)窄带型(外积分) 由积分电阻R和积分电容C构成串联型积分电路。 若R=0，灵敏度： 在C上并接电阻Rd， 灵敏度： b)低频小电流传感器 介损和MOA泄漏电流在线测量中应用，测工频及谐波。 (1)电磁关系： 磁势平衡方程： I0——励磁电流 电势平衡方程： (2)等效电路和相量图： (3)误差 比差： 角差 ： 2)霍尔电流传感器 利用霍尔效应，通过测量磁感应强度，推算出待测电流值。 补偿式： 3)光纤电流传感器 a)有源型 高压侧电流信号通过采样线圈传递给发光二极管变成光信号，其发光功率随电流大小而变，由光纤传到低电位侧再变成电信号输出。 b)无源型 传感部分一般由法拉第磁光效应原理制成。法拉第效应元件放在一次电流产生的磁场中，直线偏振光沿磁场强度(H)方向射入该元件，此元件的光的偏振面随H的大小成正比的旋转。 6.电压(电场)传感器 a)电场传感器 电光效应：电光晶体在外电场作用下，当线性偏振光入射晶体后，出射光即变成椭圆偏振光。偏振特性与外加电场强度成