1、第二章第二章 傳感器在線監(jiān)測與傳感器在線監(jiān)測與診斷診斷On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment 1二、監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的組成及前端2.1 系統(tǒng)的組成和分類1）信號的變送由傳感器將監(jiān)測的物理量轉變?yōu)殡娦盘杺魉偷胶罄m(xù)單元。電氣設備傳感器信號變送系統(tǒng)信號預處理數(shù)據采集數(shù)據采集系統(tǒng)信號傳輸數(shù)據處理診斷處理和診斷系統(tǒng)狀態(tài)維修決策圖 監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的組成框圖1. 系統(tǒng)的組成2）信號的處理對傳感器傳送來的信號適當預處理，電平、濾波和極性鑒別等。3）數(shù)據采集對經預處理的信號采集、A/D轉換和記錄。4）信號的傳輸將采集到的信號傳

2、送到后續(xù)單元。5）數(shù)據處理對采集到的數(shù)據處理和分析，獲取反映設備狀態(tài)的特征值，為診斷提供有效的數(shù)據和信息。6）診斷對處理后數(shù)據和歷史數(shù)據、判據及其它信息比較、分析后，對設備狀態(tài)或故障部位作出診斷。歸納為3個子系統(tǒng)：（1）被監(jiān)測設備和傳感器（2）信號預處理和數(shù)據采集子系統(tǒng)；（3）信號處理和診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)的分類1)按使用場所便攜式和固定式2）按監(jiān)測功能單參數(shù)和多參數(shù)綜合性3）按診斷方式人工和自動診斷2.2 傳感器1.概述傳感器是將反映設備狀態(tài)的各種物理量監(jiān)測出來。一般轉變?yōu)殡娦盘栐龠M一步處理。傳感器的基本要求：(1)能監(jiān)測出反映設備狀態(tài)特征量的信號，有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。(2)對被測設備無

3、影響或影響微弱，和后續(xù)單元良好匹配(3)可靠性好，壽命長。分類：(1)按需要外加輔助能量與否：有源和無源(2)按發(fā)展階段：結構型、物性型、智能型2.溫度傳感器(接觸式）(1)固體溫度傳感器a.熱電偶 溫差電效應b.電阻式溫度計 高強度的金屬絲穩(wěn)定的正溫度系數(shù)特點、惠斯登電橋(2)半導體溫度傳感器a.熱敏電阻 由MnO、CoO和NiO等金屬氧化物為基本成分制成的陶瓷半導體。阻值是溫度的函數(shù)。b.溫敏二極管和晶體管 恒定（集電極）電流下，PN結（發(fā)射結）正向電壓 與溫度有良好的線性關系。(3)光纖溫度傳感器光強型：光經光纖通過溫敏元件時，溫度增加，透射光強度下降，且有較好的線性度。功能型：光纖本身

4、的溫敏特性光纖光柵型：3.紅外線傳感器熱輻射，物體輻射時總包括紅外線的波譜，且峰值隨溫度降低而增加。紅外線傳感器（紅外探測器）技術參數(shù)分為熱探測器和光子探測器。1）熱探測器熱效應(1)熱敏電阻型探測器探測器一般由錳、鈷和鎳金屬氧化物按一定比例混合、壓制成型，經高溫燒結而成。(2)熱電偶型探測器利用熱電偶的溫差電效應測量紅外輻射。熱電偶兩臂分別用正、負溫差電動勢率的材料制成。(3)熱釋電探測器熱釋電效應、鐵電體2）光子探測器(1)光電導探測器（光敏電阻）光電導效應(2)光伏探測器光生伏特效應(3)多元陣列探測器紅外成像4.振動傳感器測量振動3個參數(shù)：位移、速度和加速度1)位移傳感器低頻區(qū)2)速度

5、傳感器10Hz1kHz的振動3)加速度傳感器1kHz、壓電式傳感器4.聲發(fā)射傳感器壓電效應5. 電流傳感器1)互感器型的電流傳感器穿芯小電流傳感器工頻：鐵鎳合金、泄漏電流中低頻：微晶、脈沖電源高頻：鐵氧體、放電電流脈沖a.高頻電流互感器次級線圈感應電壓e(t)與一次電流i1 (t)的關系：dttdiMte)()(1lNSM式中互感(1)寬帶型(自積分)線圈兩端并接一個積分電阻R。見圖2-10。)()()()()(112tKitiNRtRitu自積分電阻R并聯(lián)一個雜散電容C0，總共形成帶通響應：LRfRCfLCfLH2;21;2100LHffK,與R、N和C0的關系：(2)窄帶型(外積分)由積分

6、電阻R和積分電容C構成串聯(lián)型積分電路。)()()(1tiCRRMtuL若R=0，靈敏度：CRMKL在C上并接電阻Rd，靈敏度：MCRRNRKLCfdLd210b)低頻小電流傳感器介損和MOA泄漏電流在線測量中應用，測工頻及諧波。(1)電磁關系：磁勢平衡方程：102211NININII0勵磁電流電勢平衡方程：)()(2221ZZZXjRRIU(2)等效電路和相量圖：00I1I2E2I(3)誤差比差：角差 ：1122101122103440*)cos(23440*)cos(100*)sin(2100*)sin(%)NINAflZININININAflZININIfCCCCi2)霍爾電流傳感器利用霍

7、爾效應，通過測量磁感應強度，推算出待測電流值。補償式：1122)()(NtiNti3)光纖電流傳感器a)有源型高壓側電流信號通過采樣線圈傳遞給發(fā)光二極管變成光信號，其發(fā)光功率隨電流大小而變，由光纖傳到低電位側再變成電信號輸出。b)無源型傳感部分一般由法拉第磁光效應原理制成。法拉第效應元件放在一次電流產生的磁場中，直線偏振光沿磁場強度(H)方向射入該元件，此元件的光的偏振面隨H的大小成正比的旋轉。6.電壓(電場)傳感器a)電場傳感器電光效應：電光晶體在外電場作用下，當線性偏振光入射晶體后，出射光即變成橢圓偏振光。偏振特性與外加電場強度成正比。b)耦合式傳感器電容耦合7.氣敏傳感器a)接觸燃燒式當

8、可燃性氣體與熱鉑絲上催化劑接觸時，由于其催化作用引起氧化反應，使氣體燃燒而導致傳感器溫度上升，鉑絲電阻變大，且與氣體濃度成正比。b)半導體式(1)氧化錫燒結型 吸附氧氣并丟失電子，并使O2成為負離子，形成勢壘，器件表面電阻升高；當氧化錫接觸還原性氣體（如H2、CO等），吸附的氧與它們反應，得回失去電子，勢壘降低，器件表面電阻也降低。(2)鈀柵場效應管鈀做柵電極，H2在鈀電極外表分解，并在鈀金屬和SiO間形成偶極層，使閾值電壓UT下降，漏源電壓下降。8.濕敏傳感器聚合物薄膜電解質感濕材料半導體陶瓷材料多孔金屬氧化物等效電路：R、C并聯(lián)2.3 數(shù)據采集及傳送1.數(shù)據的采集采集來自傳感器的信號，并送

9、往數(shù)據處理和診斷系統(tǒng)。三部分：(1)多路轉換(2)預處理對輸入信號的電平作調整和采取抑制干擾措施，提高抑制比。(3)數(shù)據采集A/D轉換：采集速度和準確度采樣率、分辨率和量化誤差V/F轉換：2.信號的傳輸及其中的干擾抑制干擾來源：(1)監(jiān)測系統(tǒng)內部措施：a.防止電磁耦合；b.一點接地；c.隔離：變壓器、光電耦合器、光纖(2)監(jiān)測系統(tǒng)外部：途徑及抑制a.從交流電源b.電磁耦合進傳輸線c.通過傳感器3.光電信號傳輸包括光源、光纖、光檢測器三部分。1)信號調制方式(1)光強調制;(2)調幅調制(3)調頻調制;(4)脈沖編碼調制2)信號多路復用(1)頻分復用(2)時分復用3)數(shù)據傳送方式(1)并行(2)

10、串行4)光電器件(1)光源發(fā)光二極管、激光二極管(2)光檢測器件PIN型光電二極管、雪崩光電二極管(3)光纖單模、多模2.4 抗干擾技術概述種類：1)周期性干擾(1)連續(xù)的(2)脈沖型2)脈沖型干擾1 干擾的硬件抑制措施1)硬件濾波器2)差動平衡系統(tǒng)3)電子鑒別系統(tǒng)2 干擾的軟件抑制措施1）數(shù)字濾波器(1)理想濾波器 FFT頻域去除IFFT(2)自適應數(shù)字濾波信號源干擾源原始輸入s+n0自適應濾波器參考輸入n1-+輸出自適應濾波在最小均方(LMS)誤差意義上和信號有最佳耦合。2)平均技術3)邏輯判斷4)開窗2.5 數(shù)據處理作用: 1)去偽存真2)由表及里1.時域分析2.頻域分析分析信號的頻域特征及其變化。對采集信號作離散傅立葉變換（DFT）?？筛鶕l譜特征識別干擾或故障性質。3.相關分析在時域上研究兩個信號間或信號自身間的相互關系。相互關系指的是波形的相似性?；ハ嚓P函數(shù)：TTTfhfhd