動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)在振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
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根據(jù)振動(dòng)測(cè)量要求，測(cè)量電纜的選擇指標(biāo)有兩方面因素：電纜阻值和電纜絕緣值。通過(guò)測(cè)量電纜阻值是否在規(guī)定的范圍來(lái)判斷電纜是否短路、開路或被老鼠啃食，并通過(guò)搖表測(cè)量每一路的絕緣電阻值是否大于500MΩ來(lái)判斷電纜絕緣性能的好壞，但影響電纜噪聲的因素很多，僅依靠上述兩個(gè)原則并不能判斷電纜性能的好壞。表1是某一次未接傳感器時(shí)測(cè)量電纜的絕緣電阻和噪聲情況，由表中可以看出絕緣性能好的未必噪聲就大。
表1 絕緣電阻測(cè)量值 
在電纜數(shù)學(xué)模型中，電纜電阻和絕緣電阻僅是該模型的一部分。在實(shí)際測(cè)量中，由于電纜電感的存在，會(huì)在電纜中形成寄生電容（寄生電容一般是指電感等在高頻情況下表現(xiàn)出來(lái)的電容特性），該電容值的大小會(huì)在搖絕緣和受到較大沖擊時(shí)影響電纜中的噪聲值，同時(shí)電纜分布電容值的存在會(huì)影響實(shí)際得到的振動(dòng)時(shí)域波形數(shù)值的大小，具體計(jì)算分析如下。
為了保證測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和精度，必須對(duì)振動(dòng)傳感器和測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)。從校準(zhǔn)的觀點(diǎn)看，傳感器可分為工作校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)兩大類，前者校準(zhǔn)工作由專業(yè)計(jì)量機(jī)構(gòu)完成，配備相應(yīng)的校準(zhǔn)證書，從該證書上可以查到該傳感器的編號(hào)及其靈敏度，而標(biāo)準(zhǔn)傳感器則用作國(guó)家級(jí)計(jì)量部門的基準(zhǔn)與地方計(jì)量部門之間的傳遞，以及標(biāo)準(zhǔn)傳感器的參考校準(zhǔn)。振動(dòng)系統(tǒng)校準(zhǔn)通過(guò)加載已知標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，得到傳感器和測(cè)量系統(tǒng)輸出記錄值與已知信號(hào)值對(duì)比，確定參數(shù)校準(zhǔn)系數(shù)。
為了深入研究測(cè)量電纜分布電容對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)的影響，將其校準(zhǔn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型表示如圖6所示，圖中測(cè)量系統(tǒng)加標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源U，前端串聯(lián)電容C（假設(shè)C=1000Pf），設(shè)信號(hào)源電纜和采集系統(tǒng)電纜之間電容為C1。依據(jù)上述分析可建立以下振動(dòng)系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，如圖6所示：
q=(C+C1)×U （5）
圖6 校準(zhǔn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
為了完善測(cè)量電纜選擇指標(biāo)并優(yōu)化電纜性能，以下提出選擇測(cè)量電纜指標(biāo)性能原則：靜態(tài)原則和動(dòng)態(tài)原則。其中靜態(tài)原則考慮其電阻值和絕緣值，動(dòng)態(tài)原則主要涉及電纜電容值。 動(dòng)態(tài)原則主要考慮電纜電容值，電纜電容值包括電纜寄生電容和分布電容。通常情況下電纜寄生電容很小，可忽略不計(jì)，但對(duì)有些性能較差的電纜其寄生電容很大，導(dǎo)致在對(duì)電纜搖絕緣時(shí)對(duì)寄生電容充電，該電纜接入采集系統(tǒng)后其零位噪聲值偏大，有時(shí)甚至超過(guò)振動(dòng)信號(hào)，其具體對(duì)振動(dòng)信號(hào)的影響分析如下：
設(shè)電纜寄生電容為Cj，分布電容為Cf，Cj和Cf為并聯(lián)關(guān)系，則電纜總電容C1為：C1=Cj+Cf。由于振動(dòng)測(cè)量的物理量是電荷量，設(shè)傳感器產(chǎn)生的電荷量為Q，采集系統(tǒng)獲得的電荷量為q1，則由于電纜中寄生電容的存在，其上會(huì)聚集部分的電荷量設(shè)為q2，根據(jù)公式守恒公式可得：
Q=q1+q2 （6）
由此可知，由于電纜寄生電容的存在，在試驗(yàn)過(guò)程中由于振動(dòng)而產(chǎn)生的電荷一部分被寄生電容所有，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)得的電荷量偏小，影響了振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，因此對(duì)此類電纜必須將其剔除。
同時(shí)根據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得的電荷值和測(cè)量電纜的分布電容值也可進(jìn)一步得到電纜的噪聲電壓值。假設(shè)采集系統(tǒng)空載時(shí)其加速度值約為2.3×10-3m/s2，則其等效電荷值為2.3×10-3 Pc(加速度值：等效電荷值=1：1)。通過(guò)連接未接傳感器的電纜，其測(cè)量的等效電荷值范圍為：30～80Pc，引起電荷量變化的原因是由于電纜中噪聲電壓的存在，通過(guò)公式Q=C×U可得到其等效電纜噪聲電壓值U=Q/C的范圍。
體現(xiàn)振動(dòng)測(cè)量電纜性能好壞的一個(gè)主要指標(biāo)就是電纜噪聲，該噪聲值的大小一方面反映了電纜數(shù)學(xué)模型中電纜電阻和絕緣電阻的性能，另一方面也體現(xiàn)了電纜自身電感和分布電容的影響。為此，在試驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中，應(yīng)對(duì)振動(dòng)測(cè)量電纜的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，優(yōu)先選擇電阻值適當(dāng)、絕緣值大、噪聲小、電纜電容值小的測(cè)量電纜，以此提高振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。
4 結(jié)論
本文在LMS SCADAS Ⅲ動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)強(qiáng)大的處理能力基礎(chǔ)上，研究了傳感器敲擊波形異常分析方法，傳感器通道檢查方法和系統(tǒng)電纜優(yōu)化選擇方法，將三種方法結(jié)合LMS采集系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并在實(shí)際試驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果證明能有效提高振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性，為試驗(yàn)系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。(end)
評(píng)論