一種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運動機械設(shè)備故障在線檢測診斷技術(shù)中的檢測信號傳輸技術(shù)，特別是一種基于電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法。用于在采用廣義共振、共振解調(diào)技術(shù)對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進行故障診斷的系統(tǒng)中，檢測點傳感器等遠離檢測儀器時的傳感器信號抗干擾傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)的電力機車、地鐵、高鐵絕大多數(shù)都采用交流電力供電、經(jīng)過交-直-交逆變器系統(tǒng)驅(qū)動交流電機作為動力。所采用的逆變器在交流變直流、直流變交流的變換過程中，在將逆變的交流電壓傳輸?shù)浇涣麟姍C的過程中，均在作為電源地線的車體各部件之間產(chǎn)生很大的地電壓干擾，在采用廣義共振、共振解調(diào)技術(shù)對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進行故障診斷的系統(tǒng)中，傳感器所安裝的部件與儀器的安裝部件之間的地電壓干擾，將在檢測信號傳輸線中產(chǎn)生電流干擾和地電壓干擾，均對設(shè)備的模擬信號傳輸產(chǎn)生極為不利的影響，如果模擬信號使用電壓傳輸方案，如中國專利申請201320679842.5公開的一種鐵路機車走行部故障在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的模擬信號從傳感器到前置處理器采用電壓傳輸方案，在實際應(yīng)用過程中便受到很大的干擾信號，而這些干擾信號嚴重影響了故障診斷的準確性。
[0003]目前常見的傳感器等檢測信號傳輸方案，通常在結(jié)構(gòu)上具有傳感器殼體K、傳感器地CGND、傳感器參考電位點G、儀器地AGND、儀器電位基準點J。在傳感器地CGND與儀器地AGND間存在地線阻抗R，在傳感器殼體K與傳感器地CGND間存在分布電容C0。由于傳感器殼體所在部件與儀器所在部件之間存在殼體干擾電壓UK，因分布電容C0的耦合作用使干擾電壓UK對CGND產(chǎn)生干擾電流UK/XC0，式中，XC0為電容C0的容抗；儀器對傳感器的供電，使地線存在供電電流，這兩者在地線阻抗R上的壓降會成為干擾電壓VCGND。由于傳感器信號電壓VC直接以經(jīng)典的電壓傳輸方式遠程傳輸?shù)綑z測儀器接收端Y，干擾電壓VCGND必然與傳感器的信號電壓VC疊加，產(chǎn)生對檢測儀器YI的輸入電壓VY的干擾。如圖1所示。
[0004]為解決傳統(tǒng)的電壓傳輸方案的上述問題，提出一種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，以解決采用廣義共振、共振解調(diào)技術(shù)對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進行故障診斷的系統(tǒng)中，電力機車、風(fēng)力發(fā)電機等電力設(shè)備上的強大的地電流干擾、雷電干擾和電磁干擾對檢測設(shè)備的不利影響，并識別檢測設(shè)備自身出現(xiàn)的問題。
[0006]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，其特征是:在采用廣義共振、共振解調(diào)技術(shù)對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進行故障的診斷系統(tǒng)中，將傳感器信號電壓VC，無干擾地傳輸?shù)脚c傳感器之間存在連接地線阻抗R的檢測儀器，采用電壓電流轉(zhuǎn)換器A，其電壓電流轉(zhuǎn)換系數(shù)V_I = 1/RX，將傳感器信號電壓VC轉(zhuǎn)換為恒流電流IC，IC = VC*V_I = VC/RX，式中，VC為傳感器的信號電壓，1/RX為電壓電流轉(zhuǎn)換系數(shù)ν_Ι ;所轉(zhuǎn)換的恒流電流1C遠程傳輸?shù)綑z測儀器，采用電流電壓轉(zhuǎn)換器Β，其電流電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)I_V = RJ，將遠程傳輸?shù)暮懔麟娏?C轉(zhuǎn)換為相當(dāng)于恢復(fù)傳感器信號電壓VC值的檢測儀器輸入電壓VY:VY= IC*I_V =IC*RJ = VC/RX*RJ = VC，式中，IC為恒流電流，RJ為接收電阻，VC為傳感器的信號電壓；
[0007]當(dāng)傳感器信號電壓VC及電壓電流轉(zhuǎn)換器A帶有參考電位點G及其參考電壓VG時，電壓電流轉(zhuǎn)換器A輸出的恒流電流1C為傳感器信號電壓VC與電位參考點G的參考電壓VG分壓到1/X后轉(zhuǎn)換值之和:IC = VC/RX+VG/RX/X ;在電流電壓轉(zhuǎn)換器B帶有電位基準點J及其基準電壓VJ時，接收的恒流電流1C，轉(zhuǎn)換為相對于檢測儀器地AGND的無干擾的檢測儀器輸入電壓VY，VY= IC*RJ+VJ= (VC/RX+VG/RX/X)*RJ+VJ，即儀器輸入電壓由信號輸入電壓VYJ和直流輸入電壓VYZ兩部分疊加而成，即VY = VYJ+VYZ，其中，VYJ = (VC/RX) *RJ，VYZ=(VG/RX/X)*RJ+VJ0
[0008]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，為了識別傳感器是否接入檢測儀器，其特征在于設(shè)計為:沒有插入傳感器時，檢測儀器端電流電壓轉(zhuǎn)換器B輸出的輸入電壓VY等于電位基準點J的基準電壓VJ ;而插入傳感器時，檢測儀器端電流電壓轉(zhuǎn)換器B輸出的輸入電壓VY之直流輸入電壓VYZ等于電位參考點G及其參考電壓VG，或與VG僅有固定的差。證明和設(shè)計如下。
[0009]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，為了檢測傳感器的電位參考點G及其參考電壓VG可能因自身故障而發(fā)生的變化，其特征在于設(shè)計方法為:
[0010]電壓電流轉(zhuǎn)換器A將電位參考點G及其參考電壓VG進行1/X倍分壓得到VX =VG/X，即對電位參考點G及其參考電壓VG的采樣系數(shù)為X時，有
[0011]VX = VG/X----(1)
[0012]VX與傳感器信號電壓VC疊加并轉(zhuǎn)換為恒流電流1C，電壓電流轉(zhuǎn)換系數(shù)V_I取決于限流電阻RX，即V_I = 1/RX, IC = (VG/X+VC) *V_I = (VG/X+VC) /RX ;而電流電壓轉(zhuǎn)換器B的電流電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)I_V取決于接收電阻RJ的大小:
[0013]RJ = N*RX----(2)
[0014]即電流電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)為I_V = RJ = N*RX，其中，N為傳輸系數(shù)，定義為:N = RJ/RX，RJ的一端接收1C，另一端接到電位基準點J，于是有檢測儀器輸入電壓VY:
[0015]VY = VJ+RJ*IC = VJ+RJ*(VG/X+VC)/RX = VJ+N*RX(VG/X+VC)/RX,
[0016]VY = VJ+N* (VG/X+VC)----(3)
[0017]即:檢測儀器輸入電壓VY中，含有N倍于傳感器信號電壓VC的信號輸入電壓VYJ:
[0018]VYJ = N*VC----(4)
[0019]和直流輸入電壓VYZ:
[0020]VYZ = VJ+N*VG/X----(5)；
[0021]由于傳感器通常采用檢測儀器的電源，為保證信號盡量大的動態(tài)范圍，傳感器的電位參考點G及其參考電壓VG和傳感器接入儀器時，檢測儀器的直流輸入電壓VYZ可取為接近于檢測儀器的供電電壓之半，故檢測儀器基準電壓VJ和參考電壓VG的采樣系數(shù)X的聯(lián)合設(shè)計準則(方法)可以是:
[0022]為了直觀地用檢測得到的VYZ表達VG，令檢測儀器的直流輸入電壓VYZ等于傳感器電位參考點G及其參考電壓VG，即令:
[0023]VYZ = VJ+N*VG/X = VG,
[0024]則有VJ的設(shè)計方法是:
[0025]VJ = VG-N*VG/X = VG* (X_N) /X----(6)
[0026]由于(在使用單電源的電路中)VJ不能小于零，故限制為NSX;
[0027]當(dāng)傳感器端的參考G及其參考電壓VG因故變化為VG’時，由式(5)、(6)便有檢測儀器的直流輸入電壓VYZ’:
[0028]VYZ，= VJ+N*VG，/X----(7)
[0029]則檢測傳感器的參考G及其參考電壓VG’的方法(通式)是:
[0030]VG，= (VYZ，-VJ)*X/N----(8)。
[0031]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，其特征是，所述電壓電流轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法為:建立恒等式R1/R2 = (R31 // R32)/R4 = K，式中，//為并聯(lián)運算符號，則有對于VG的采樣系數(shù)X為:
[0032]X = 1/(1-(K+1)*R32 // R4/ (R31+R32 // R4))/K----(9)。
[0033]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，其特征是，所述電流電壓轉(zhuǎn)換器B的設(shè)計方法為:
[0034]接收電路采用反相電路時，因電路進行了反相，因此檢測儀器的直流輸入電壓VYZ，:
[0035]VYZ，= VJ_N*VG，/X----(10)
[0036]接收電路不采用反向電路時，檢測儀器的直流輸入電壓VYZ’:
[0037]VYZ，= VJ+N*VG，/X----(7)。
[0038]—種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，為了克服外部干擾輻射體對所述電流傳輸?shù)膫鬏斁€之間的分布電容向電流傳輸線輻射干擾，其特征是，對電壓電流轉(zhuǎn)換器A與電流電壓轉(zhuǎn)換器B之間的電流傳輸線使用屏蔽線，該屏蔽線的芯線作為傳輸電流信號的傳輸線，而該屏蔽線的屏蔽層在電壓電流轉(zhuǎn)換器A—端開路，另一端在電流電壓轉(zhuǎn)換器B —端接儀器地線AGND。
[0039]利用本發(fā)明，使得存在于儀器地線AGND與傳感器地線CGND之間的地線阻抗R不出現(xiàn)于公式(1)?公式(8)中，無論傳感器的工作電流還是外部干擾UK通過傳感器殼體對傳感器地線等的分布電容C0引入的干擾電流流過地線阻抗R的干擾均不出現(xiàn)在檢測儀器的輸入電壓中，有利于抗拒外界對傳感器殼體和傳感器地線引起的干擾；還有利于判斷傳感器可能未接入儀器、傳感器參考電壓因電路故障而發(fā)生變化等檢測設(shè)備的自身故障，即實現(xiàn)檢測設(shè)備的傳感器、傳感器與儀器連接狀況等自身故障的診斷。
【附圖說明】
[0040]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電壓傳輸結(jié)構(gòu)圖；
[0041 ] 圖2是電流傳輸結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖3是電流傳輸方案圖；
[0043]圖4是圖3電流傳輸方案仿真效果驗證圖；
[0044]圖5是電流傳輸同相輸出的實例圖；
[0045]圖6是圖5電流傳輸同相輸出的仿真效果驗證圖；
[0046]圖7是電流傳輸反相輸出的實例圖；
[0047]圖8是圖7電流傳輸反相輸出的仿真效果驗證圖。
【具體實施方式】
[0048]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0049]實施例1
[0050]參照圖3，一種電流傳輸信號的靈敏度調(diào)節(jié)和繼續(xù)電流傳輸方法，其特征是:采用電壓電流轉(zhuǎn)換器A，其電壓電流轉(zhuǎn)換