動(dòng)態(tài)采集系統在振動(dòng)測量系統中的應用研究
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根據振動(dòng)測量要求，測量電纜的選擇指標有兩方面因素：電纜阻值和電纜絕緣值。通過(guò)測量電纜阻值是否在規定的范圍來(lái)判斷電纜是否短路、開(kāi)路或被老鼠啃食，并通過(guò)搖表測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 絕緣電阻測量值 
在電纜數學(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)域波形數值的大小，具體計算分析如下。
為了保證測量系統的可靠性和精度，必須對振動(dòng)傳感器和測量?jì)x器進(jìn)行校準。從校準的觀(guān)點(diǎn)看，傳感器可分為工作校準和系統校準兩大類(lèi)，前者校準工作由專(zhuān)業(yè)計量機構完成，配備相應的校準證書(shū)，從該證書(shū)上可以查到該傳感器的編號及其靈敏度，而標準傳感器則用作國家級計量部門(mén)的基準與地方計量部門(mén)之間的傳遞，以及標準傳感器的參考校準。振動(dòng)系統校準通過(guò)加載已知標準信號，得到傳感器和測量系統輸出記錄值與已知信號值對比，確定參數校準系數。
為了深入研究測量電纜分布電容對校準系統的影響，將其校準系統數學(xué)模型表示如圖6所示，圖中測量系統加標準信號源U，前端串聯(lián)電容C（假設C=1000Pf），設信號源電纜和采集系統電纜之間電容為C1。依據上述分析可建立以下振動(dòng)系統校準數學(xué)模型，如圖6所示：
q=(C+C1)×U （5）
圖6 校準系統數學(xué)模型
為了完善測量電纜選擇指標并優(yōu)化電纜性能，以下提出選擇測量電纜指標性能原則：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，但對有些性能較差的電纜其寄生電容很大，導致在對電纜搖絕緣時(shí)對寄生電容充電，該電纜接入采集系統后其零位噪聲值偏大，有時(shí)甚至超過(guò)振動(dòng)信號，其具體對振動(dòng)信號的影響分析如下：
設電纜寄生電容為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)測量的物理量是電荷量，設傳感器產(chǎn)生的電荷量為Q，采集系統獲得的電荷量為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為q2，根據公式守恒公式可得：
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，導致實(shí)際測得的電荷量偏小，影響了振動(dòng)測量數據的精度，因此對此類(lèi)電纜必須將其剔除。
同時(shí)根據采集系統測得的電荷值和測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。假設采集系統空載時(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。
體現振動(dòng)測量電纜性能好壞的一個(gè)主要指標就是電纜噪聲，該噪聲值的大小一方面反映了電纜數學(xué)模型中電纜電阻和絕緣電阻的性能，另一方面也體現了電纜自身電感和分布電容的影響。為此，在試驗準備過(guò)程中，應對振動(dòng)測量電纜的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能指標進(jìn)行綜合考慮，優(yōu)先選擇電阻值適當、絕緣值大、噪聲小、電纜電容值小的測量電纜，以此提高振動(dòng)測量系統的可靠性。
4 結論
本文在LMS SCADAS Ⅲ動(dòng)態(tài)采集系統強大的處理能力基礎上，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電纜優(yōu)化選擇方法，將三種方法結合LMS采集系統進(jìn)行了實(shí)際應用，并在實(shí)際試驗中進(jìn)行了驗證，結果證明能有效提高振動(dòng)測量系統的可靠性，為試驗系統提供強有力的技術(shù)保障。(end)
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