1、會計學1監測系統的組成監測系統的組成信號變送系統（現場）數據采集系統（設備附近）處理和診斷系統（主控制室）第1頁/共66頁實現狀態自動監測的全過程應包括以下基本功能： （1）信號的變送（傳感技術） 用傳感器收集原始信號 （2）信號的處理（抗干擾技術） 對傳感器送來的信號進行適當預處理。如提高系統的信噪比 （3）數據的采集 經過預處理的信號進行采集、A/D轉換和記錄 （4）信號的傳輸 將信號傳送到遠離現場的數據處理單元第2頁/共66頁 （5）數據處理 對所采集的數據進行處理和分析，獲取反映設備狀態的特征值，為診斷提供有效的數據和信息 （6）診斷 根據數據處理的結果，報告設備的狀態、故障的部位。大

2、多數的診斷工作是靠人工的有效干預來完成的。但是，隨著有知識庫的專家系統的發展，在一定條件，自動化的診斷系統的實現也是完全可能的。 第3頁/共66頁系統的分類：1、按使用場所分 便攜式和固定式2、按監測功能分 單參數監測系統 多參數綜合性監測系統3、按診斷方式分 人工診斷 自動診斷第4頁/共66頁一、概述 傳感器是將反映設備狀態的各種物理量監測出來。要求傳感器既能反映出原來的物理量，還要和信號處理、數據采集系統相匹配。 通常由敏感元件和轉換元件兩部分構成。 傳感器的輸出通常是電信號（易于處理）。敏感元件轉換元件被測物理量非電量電量第5頁/共66頁 正確選用傳感器是設備診斷技術的一個關鍵環節 傳感

3、器的基本要求三個方面： 1、能監測出反映設備狀態特征量的信號，有良好的靜態特性和動態特性。2、對被測設備無影響或影響很微弱，吸收待測系統的能量極小，能和后續單元很好地匹配3、可靠性好，壽命長如要求傳感器輸出的電流或電壓信號，能符合模擬式數字技術的要求，否則必須經過信號調理。第6頁/共66頁傳感器的種類： 按用途劃分：溫度、振動、電流、電壓等 按工作原理劃分：應變式、壓電式、電阻式等 按是否需要能量支持劃分：無源和有源 按傳感器技術的發展階段劃分：結構型、物性型和智能型第7頁/共66頁二、溫度傳感器1、固體溫度傳感器（1）熱電偶西貝克原理：溫度的不同而產生電動勢（溫差電效應）把兩種不同導體的兩端

4、用焊接方法連接起來。測溫時，一般將一接點置于被測溫度場中，稱測溫端或工作端，另一接點放在某一恒定溫度的物體內，稱參考端或自由端。第8頁/共66頁熱電偶產生的電勢值和它所測溫度間關系近似為二次方程，如下式：第9頁/共66頁第10頁/共66頁 這種裝置的使用壽命，主要取決于工作溫度和端點材料的尺寸大小。 電機溫度監測中用得最廣泛的是由銅一康銅和鉻鎳合金一鋁鎳合金制成的熱偶元件其使用壽命很長，可以使用許多年。 缺點：靈敏度低，重復性不好，線性很差 第11頁/共66頁（2）電阻式溫度計是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成 兩種結構：薄膜式和金屬絲

5、繞制（鉑金和鎳） 可廣泛用來做氣體溫度的測溫元件 電阻式溫度計的電阻的基值通常選定在0時為100歐。通常用惠斯登電橋來測量其電阻 優點：較大溫度范圍內具有良好的線性度，測量準確度較高 缺點：靈敏度較低，價格較貴。薄膜式元件的阻值常時間使用后還會產生漂移。第12頁/共66頁2、半導體溫度傳感器（1）熱敏電阻 電阻值是溫度的函數（阻值隨溫度變化大） 優點：靈敏度高。響應快、體積小，成本低，可作開關用（如：當溫度超過規定的極限時，用它來啟動報警裝置） 缺點：線性度差，需要修正和補償。第13頁/共66頁（2）溫敏二極管和晶體管 溫敏二極管在恒定電流條件下，PN結的正向電壓與溫度在很寬的范圍內有良好的線

6、性關系 溫敏晶體管在恒定集電極電流條件下，發射結上的正向電壓隨溫度上升而近似線性下降 溫敏晶體管與外圍電路集成化，由于小型化、使用方便和成本低廉成為半導體溫度傳感器的主要發展方向第14頁/共66頁3、光纖溫度傳感器 透射光的強度隨溫度上升而下降。 優點：高靈敏度、線性和動態范圍，體積小，抗電磁干擾能力強 具有耐高溫、耐水和良好的絕緣性，適用于監測處于高電位處或設備內部的溫度。第15頁/共66頁 圖：半導體吸收型光纖溫度傳感器 （a）傳感器組成 （b）傳感器結構第16頁/共66頁 其敏感元件是半導體傳感器，它是用一個細小的不銹鋼管中間夾持著一個半導體晶體薄片，兩端分別固定住輸入光纖和輸出光纖，輸

7、入光纖另一端與一個光發射器（激光器）相連接，輸出光纖的末端則和一個光接收器（受光器）相連。 當位于被測介質中的半導體傳感器的溫度有微小變化時，光發射器發出恒定亮度的光信號，沿著輸入光纖傳輸，透過半導體晶體薄片后，其亮度受半導體晶體薄片的調制，透過的光由輸出光纖傳送主光接收器，通過光接收器的顯示儀表，即能指示出被測介質的溫度值。第17頁/共66頁三、振動傳感器 振動不僅包括旋轉電機的機械振動，還包括因靜電力或電磁力作用引起的振動。如變壓器局部放電引起的微弱振動等。 根據測量振動的三個參數位移、速度和加速度，振動傳感器可分為位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。 根據振動頻率確定所需測量的量。隨頻

8、率上升應分別選用位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。振動的速度增加時，位移量減小而加速度要增加第18頁/共66頁第19頁/共66頁（1）位移傳感器 非接觸式或鄰近式位移傳感器 當被監測系統運動部分質量較小，傳遞的力也是很小的時候，用位移傳感器來測量振動是最好的方案。 低頻區有效，靈敏度達到 ，廣泛應用于測量外殼位移量很小的重型電機基座的振動和偏心度。mmV/10第20頁/共66頁2、速度傳感器 由電勢的大小來測定振動的速度。 在10Hz一1kHz的頻率范圍內，用速度傳感器測量振動速度是最為有效的。 常用于測量各類電機的振動的均方值。 優點：輸出信號大，幾乎不需要再增加信號適配器 缺點：不夠堅

9、固 第21頁/共66頁第22頁/共66頁3、加速度傳感器 近年來，常常用加速度傳感器來測量速度和位移，因為通過積分就可以從加速度求出速度與位移。 傳感器輸出電壓正比于被測物體的振動加速度 常用來測量頻率較高的振動，特別是對于頻率超過1kHz的振動優點更為突出。 是三個測量參數中靈敏度最高的。4、聲發射傳感器 監測更高頻率的信號，60kHz100MHz。 有窄帶和寬帶兩種，在線監測常用窄帶。第23頁/共66頁第24頁/共66頁四、紅外線傳感器（新型傳感器） 用途：物體溫度越高，發射的紅外輻射就越多，因此可用來測量物體的溫度 不同的氣體或液體只能吸收某一波長或幾個波長范圍的紅外輻射能，因此可用于進

10、行成分分析 優點：非接觸式的溫度測量，測溫速度快、范圍廣，測量靈敏度高；對被測溫度場無干擾，可測量各種物體的溫度 類型：熱探測器，光子探測器第25頁/共66頁五、電流傳感器1、互感器型的電流傳感器寬帶型電流傳感器和窄帶型傳感器2、低頻電流傳感器（50Hz250Hz）測量電容性設備的介質損耗角正切和氧化鋅避雷器阻性電流3、霍耳電流傳感器利用半導體材料的磁敏特性，通過測量其磁感應強度，推算出待測電流如用于斷路器分合閘線圈電流的監測第26頁/共66頁4、光纖電流傳感器試驗階段傳光型（有源）電流傳感器和功能型（無源）電流傳感器第27頁/共66頁六、電壓（電場）傳感器1、電場傳感器2、耦合式傳感器常用于

11、監測局部放電的特高頻信號，廣泛應用于電機和GIS的在線監測第28頁/共66頁七、氣敏傳感器干式和濕式兩類其中接觸燃燒式和半導體氣敏傳感器廣泛應用于電氣設備油中的溶解氣體的監測干式第29頁/共66頁八、濕敏傳感器用于氣體，特別是大氣中含水量的監測感濕材料的不同構成了不同的濕敏傳感器第30頁/共66頁采集來自傳感器的各種電信號，并將其送往數據處理和診斷系統，以對監測到數據進行進一步的分析處理設備診斷的數據采集系統 預處理單元數據采集系統核心第31頁/共66頁第32頁/共66頁傳感器預處理單元數據處理單元傳感器預處理單元數據處理單元ususuiKusuiKusKui預處理單元在不同位置時對信噪比的影

12、響第33頁/共66頁一、常用數據采集系統結構1、多路分時采集系統由一個多路開關、公用的采樣保持器和A/D轉換器組成第34頁/共66頁優點：結構簡單、使用元件少，價格便宜缺點：由于對信號的采集是多路開關分時切換，輪流選通，因而各路信號是依次被采集的，不能得到同一時刻的數據，只能用于中速和低速檢測系統中。第35頁/共66頁2、多路同步采集系統多路轉換開關之前的每個信號通道上增加了S/H保持電路，從而實現同步采樣。優點：實現了信號的同步采樣缺點：所用器件多第36頁/共66頁3、低電平數據采集系統由于信號弱，要考慮熱電勢、共模電壓等引起的誤差，因此采用差分輸入，并且采樣保持前對信號進行差分放大第37頁

13、/共66頁二、信號的預處理來自傳感器的信號通常需經過一系列的變換以適合數據采集系統，實現這些變換的電路功能就是信號的預處理。當傳感器輸出信號十分微弱時，必須采用前置放大器提高對信號的分辨率當信號含有較多的噪聲成分時，必須進行濾波處理信號傳送過程中不可避免要受到其它信號的干擾，必須采取抗干擾技術放大，濾波，抗干擾第38頁/共66頁1、信號的傳輸和傳輸過程的干擾抑制（1）監測系統內部的相互干擾 各個通道間盡可能拉開一定的距離，特別要避免通過電磁耦合相連 保證一點接地（避免形成地線環流引起共模干擾）數字地和模擬地分開地線盡可能粗、短以降低回路阻抗。 隔離變壓器隔離（磁隔離）、光電隔離第39頁/共66

14、頁 磁隔離輸入回路是由直流電源供電，輸出回路則是通過變壓器耦合供電 光隔離（隔離電位可從數百伏至數千伏）輸入回路和輸出回路必須內兩個獨立的直流電源來供電第40頁/共66頁（2）來自監測系統外的電磁干擾廣播、載波通信、高次諧波 可控硅整流高壓輸電線的電暈放電、繼電器斷合、電焊等操作連續的周期性干擾脈沖型周期性干擾脈沖型干擾第41頁/共66頁外部電磁干擾的傳播途徑：從交流電源進入在信號傳送過程中通過電磁耦合進入通過傳感器和信號混疊后一起進入監測系統主要干擾源第42頁/共66頁共模抑制線圈差模電容共模電容第43頁/共66頁（3）抗干擾抑制技術抑制隨傳感器進入監測系統的干擾（包括白噪聲）白噪聲包括各種

15、隨機噪聲，如繞組熱噪聲、地網噪聲、配電線路以及變壓器、繼電保護信號線路中由于耦合進入的各種噪聲等。 第44頁/共66頁硬件措施：硬件濾波器、差動平衡系統、電子鑒別系統軟件措施：數字濾波器：對數字信號按一定要求進行運算處理，而后以數字形式輸出。平均技術：減弱隨機性干擾影響邏輯判斷開窗：對一些已知且相位固定的干擾，運用電子技術或軟件方法對這些信號不予采集、不顯示或直接置零第45頁/共66頁光電信號傳輸通道由光源、光纖和光檢測器組成。（1）光源發光二極管（LED）和激光二極管（LD），將電信號變為光信號（2）光纖光信號的傳輸通道（單模和多模）（3）光監測器半導體光電二極管或雪崩光電二極管，將光信號變

16、為電信號第46頁/共66頁將所傳送的監測信號或控制信號通過一定的方式調制光頻載波，由光頻載波輸送信號。是一種光強度調制方式。一、信號的調制方式調幅式調制調頻式調制脈碼調制光強調制：數字光信號的傳輸方式（強抗干擾能力，可以長距離輸送）第47頁/共66頁二、信號的多路復用一個傳輸通道傳送多路信號1、頻分復用：多路信號調制成不同中心頻率的調頻波，解調2、時分復用：在不同的時間上傳送不同的信號，適于數字信號的傳送三、數據的傳送1、并行傳送：程序查詢傳送、程序中斷傳送、DMA傳送2、串行傳送：通過微機的RS-32異步串行通信端口傳送第48頁/共66頁第49頁/共66頁常用數據處理技術：時域分析頻域分析相

17、關分析：信號測量和分析時，由于背景噪聲的影響，信號的周期性就難以呈現，利用相關分析則可以識別信號的周期性。統計分析：均值計算、二維譜圖、三維譜圖第50頁/共66頁診斷是根據監測系統提供的信息，包括監測到的數據和數據處理的結果，對設備所處的狀態進行分析，以確定：該設備可否繼續運行；是正常運行，還是加強監測；是安排計劃檢修，還是立即停機檢修等。第51頁/共66頁診斷內容：（1）判斷設備有無故障（2）判斷故障的性質、類型和原因如：絕緣的劣化是由熱因子還是電因子等引起的（3）判斷故障的狀況和預測設備的剩余壽命，即對故障的嚴重程度及發展趨勢作出診斷（4）判斷故障的部位，及故障定位（5）作出全面的診斷結論

18、和相應的反事故對策第52頁/共66頁例如：變壓器的絕緣壽命可通過測定絕緣紙板的平均聚合度來推測其剩余壽命絕緣紙板的平均聚合度與油中的糠醛含量有如下關系：nF0035. 051. 1lg第53頁/共66頁例如：用低壓脈沖法對電纜的故障定位知道脈沖波的傳播速度，測出脈沖波到故障點的往返時間，就可以求出故障點的距離。還可以確定線路故障是開路還是短路。第54頁/共66頁電氣設備診斷的方法可分為閾值診斷、模糊診斷、時域波形診斷、頻率特性診斷、指紋診斷、基于人工神經網絡診斷以及診斷專家系統第55頁/共66頁一、閾值診斷是通過測試，按照所得特征是否超過規定閾值來判斷設備狀態的方法?？捎脕砼袛嘣O備是否有故障，也可判斷故障的嚴重程度以及故障類型和原因如通過監測繞組溫度是否超過溫度閾值來判斷發電機定子繞組熱故障存在誤報和漏報可能性第56頁/共66頁有故障無故障不可用虛假故障可用未發現故障第57頁/共66頁二、模糊診斷采用模糊集合論的方法進行診斷關鍵是確定隸屬函數，該函數是在診斷經驗或故障統計的基礎上確定