一种转速信号转换装置、转速信号转换及测量方法与流程

1.本技术涉及发电机设备技术领域，特别是涉及一种转速信号转换装置、转速信号转换及测量方法。


背景技术：

2.直驱风力发电机普遍应用于风力发电设备，将风能转换为电能；风力发电机的转速测量，常规方法是在风力发电机端加装接近开关或编码器采集获取；风力发电机转速低，风力发电机转速测速盘设置在轮毂里面，其内部不便于加装接近开关或加装测量的齿数太少，测量精度低。转速编码器和/或轮毂接近开关信号直接接控制器，无法外接提供给加装的风力发电机监测与诊断系统使用，而控制器仅能提供电压、电流转速信号，无法输出提供高精度的转速脉冲信号至监测与诊断系统，发电机转速测量的准确性差。
3.基于现有常规方法无法获取高精度转速脉冲情况下，业内急需创新性提出满足应用需求的解决方案。


技术实现要素：

4.本发明提供一种转速信号转换装置、转速信号转换及测量方法，以解决背景技术中存在的无法获取高精度转速脉冲信号以及发电机转速测量准确性差的问题。
5.本发明提供的技术方案如下：
6.本发明提供一种转速信号转换装置，包括：
7.壳体和设置于壳体内的信号转换器，信号转换器包括设置于电路主板上的电源模块和信号转换模块；
8.电源模块与信号转换模块连接，用以信号转换模块供电；
9.信号转换模块用以输入信号的转换。
10.进一步地，信号转换模块的两端分别连接有信号输入端口和信号输出端口，信号输入端口与信号转换模块之间设有滤波模块，滤波模块用以输入信号的过滤。
11.进一步地，滤波模块包括串接的第一电阻和第一电容，信号转换模块的信号输入端连接于第一电阻和第一电容之间，第一电阻另一端连接信号输入端口，第一电容另一端接地。
12.进一步地，滤波模块还包括有调节电阻，调节电阻与第一电阻连接，用以调节控制滤波模块的电阻阻值。
13.进一步地，信号转换模块包括：转换芯片、第二电容、第三电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
14.第二电容一端接地，第二电容另一端和第二电阻连接，第二电阻另一端连接于转换芯片的vss端，且第二电阻与转换芯片的vss端之间连接有第二电压输入；转换芯片的rc端连接于串接的第二电容和第二电阻之间；
15.串接的第三电阻和第四电阻一端接地，串接的第三电阻和第四电阻另一端连接转
换芯片的iref端；
16.第五电阻和第六电阻串接，第五电阻另一端连接转换芯片的thresh端，第六电阻的另一端接地；
17.第七电阻、第三电容和第八电阻依次串接，第七电阻的另一端连接转换芯片的iout端；第八电阻另一端连接有第二电压输入，且第三电容与第五电阻并联；
18.第九电阻一端连接有第二电压输入，第九电阻另一端连接转换芯片的信号fout端。
19.进一步地，电源模块包括：电源芯片、插座、二极管，第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第十电阻；所述插座、二极管、电源芯片和第十电阻依次串接；
20.并联的第四电容和第五电容设于二级管与电源芯片之间，且并联的第四电容和第五电容的一端连接电源芯片的vin端，并联的第四电容和第五电容的另一端接地；二极管与并联的第四电容和第五电容之间设有第一输入电压；
21.并联的第六电容和第七电容设于电源芯片与第十电阻之间，且并联的第六电容和第七电容的一端连接电源芯片的vout端，并联的第六电容和第七电容的另一端接地。
22.进一步地，本技术装置还包括第一保护电路、第二保护电路和第三保保护电路，第一保护电路一端接地，第一保护电路另一端连接于第一电压输入处；第一保护电路用以电源模块的防护；
23.第二保护电路一端接地。第二保护电路另一端连接于信号输入端口与滤波模块之间；
24.第三保护电路一端接地，第三保护电路另一端连接于信号转换模块的信号输出端与信号输出端口之间。
25.进一步地，第一保护电路包括防雷二极管；第二保护电路包括防静电tvs管；第三保护电路包括防静电tvs管。
26.本发明还提供一种发电机的转速信号转换及转速测量方法，包括上述的转速信号转换装置，包括以下步骤：
27.获取发电机的第一转速信号；
28.基于第一转速信号，得到相应的电压或电流转速信号；
29.基于电压或电流转速信号，转换得到n倍频转速脉冲信号，n为正数；
30.基于n倍频转速脉冲信号，计算得到发电机的转速。
31.进一步地，第一转速信号获取，来源安装于发电机端的编码器或接近开关采集获取；
32.所述基于第一转速信号，得到相应的电压或电流转速信号，具体包括：发电机的控制系统将获取的第一转速信号解析编译编程，经控制器系统的电压或电流输出端口输出，输出的信号为电压或电流转速信号；
33.所述基于电压或电流转速信号，转换得到n倍频转速脉冲信号，具体包括：将电压或电流转速信号输入至所述转速信号转换装置，转速信号转换装置对应转换输出相应的n倍频转速脉冲信号；
34.所述基于n倍频转速脉冲信号，计算得到发电机的转速，具体包括：发电机的监测与诊断系统对输入的n倍频转速脉冲信号识别计算，得到发电机的转速测量值以及完成转
速跟踪采样。
35.有益效果：
36.与现有技术相比，本技术的转速信号转换装置，利用发电机自带的控制器系统将发电机端采集输出的转速信号解析编译输出成电压或电流转速信号，电压或电流转速信号通过本技术的信号转换器即可转换输出n倍频的高精度转速脉冲信号；高精度转速脉冲信号输至风力发电机监测与诊断系统，即可实现高精度转速测量值的获取和转速跟踪采样，提高了风力发电机转速监测的准确性和诊断效果。
37.本发明提供的转速信号转换及转速测量方法的有益效果与本发明的转速信号转换装置的有益效果相对应，不重复赘述。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例中转速信号转换装置的结构框图；
40.图2为图1中电源模块的电路图；
41.图3为图1中滤波模块和信号转换模块的电路图；
42.图4为本发明转速信号转换装置的信号转换应用框图；
43.图5为本发明发电机的转速信号转换及转速测量方法的流程框图；
44.图6a为现有测量方式测得的转速脉冲信号跟踪采样效果图；
45.图6b为现有测量方式测得的转速脉冲信号分析频谱效果图；
46.图7a为本发明方式测得的转速脉冲信号跟踪采样效果图；
47.图7b为本发明方式测得的转速脉冲信号分析频谱效果图；
48.附图标记：1、信号转换器，1.1、电源模块，1.2、信号转换模块，1.3、防护模块。
具体实施方式
49.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
50.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
51.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
54.参见图1，本发明提供一种转速信号转换装置，包括：壳体和设置于壳体内的信号转换器1，信号转换器1包括设置于电路主板上的电源模块1.1和信号转换模块1.2；
55.电源模块与信号转换模块连接，用以信号转换模块供电；
56.信号转换模块用以输入信号的转换。
57.上述技术方案中，发电机自带的控制器系统将发电机端采集输出的转速信号解析编译输出成电压或电流转速信号，电压或电流转速信号通过本技术的信号转换器即可转换输出n倍频的高精度转速脉冲信号；高精度转速脉冲信号输至风力发电机监测与诊断系统，即可实现高精度转速测量值的获取和实时转速跟踪采样，提高了风力发电机转速监测的准确性和诊断效果。
58.如图2和图3所示，r1为第一电阻，r2为第二电阻，r3为第三电阻、r4为第四电阻、r5为第五电阻，r6为第六电阻，r7为第七电阻，r8为第八电阻，r9为第九电阻，r10为第十电阻、r11为第十一电阻，r12为第十二电阻，c1为第一电容，c2为第二电容，c3为第三电容，c4为第四电容，c5为第五电容，c6为第六电容，c7为第七电容，n1为电源芯片，u1为转换芯片，v1为二级管，tvs1为防雷二级管，v2为防静电tvs管，cn1为双排直针插座。
59.参见图3，作为一些可选实施例，信号转换模块的两端分别连接有信号输入端口和信号输出端口，信号输入端口与信号转换模块之间设有滤波模块，滤波模块用以输入信号的过滤。
60.优选的，滤波模块包括串接的第一电阻和第一电容，信号转换模块的信号输入端连接于第一电阻和第一电容之间，第一电阻另一端连接信号输入端口，第一电容另一端接地。第一电阻与第一电容组成的滤波器，有效减少输入电压或电流信号中的干扰脉冲，提高信号转换的精度。
61.更优选的，滤波模块还包括有调节电阻，调节电阻与第一电阻连接，用以调节控制滤波模块的电阻阻值，扩充干扰脉冲的过滤范围。
62.本实施例中的调节电阻包括并联的第十一电阻和第十二电阻，采用并联结构的调节电阻体积小的同时电阻调节的范围的不错；调节电阻也可采用滑动电阻。
63.参见图3，信号转换模块包括：转换芯片、第二电容、第三电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
64.第二电容一端接地，第二电容另一端和第二电阻连接，第二电阻另一端连接于转换芯片的vss端，且第二电阻与转换芯片的vss端之间连接有第二电压输入；转换芯片的rc端连接于串接的第二电容和第二电阻之间；
65.串接的第三电阻和第四电阻一端接地，串接的第三电阻和第四电阻另一端连接转
换芯片的iref端；
66.第五电阻和第六电阻串接，第五电阻另一端连接转换芯片的thresh端，第六电阻的另一端接地；
67.第七电阻、第三电容和第八电阻依次串接，第七电阻的另一端连接转换芯片的iout端；第八电阻另一端连接有第二电压输入，且第三电容与第五电阻并联；
68.第九电阻一端连接有第二电压输入，第九电阻另一端连接转换芯片的信号fout端。
69.转换电路中：r3和r4为电路转换增益调节电阻，改变r3和r4阻值能够改变输入电压或电流信号与输出转速脉冲信号之间的线性比例关系；
70.c3为补偿电容，r6为补偿电阻，c2电容、r2和r5电阻用于信号的转换计算，设置的r5电阻可以有效减小转换电路的线性失真度；r7和r8为预留电阻；r9为限流电阻，能够调节输出转速脉冲信号的幅值；转换芯片采用采用电压-频率转换器，优选型号为lm231，转换芯片配合转换电路中设置的电阻和电容实现电压-频率的线性变换，即电压或电流信号至倍频脉冲信号的频率变换；转速信号转换装置输出高精度度转速脉冲测量值精度高。
71.本技术装置的壳体两端分别开设有安装口，用以信号输入端口和信号输出端口的安装。
72.参见图2，电源模块包括：电源芯片、插座、二极管，第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第十电阻；插座、二极管、电源芯片和第十电阻依次串接；
73.并联的第四电容和第五电容设于二级管与电源芯片之间，且并联的第四电容和第五电容的一端连接电源芯片的vin端，并联的第四电容和第五电容的另一端接地；二极管与并联的第四电容和第五电容之间设有第一输入电压；
74.并联的第六电容和第七电容设于电源芯片与第十电阻之间，且并联的第六电容和第七电容的一端连接电源芯片的vout端，并联的第六电容和第七电容的另一端接地。
75.电源芯片优选采用市场上的型号为l7815的电源芯片，自带短路保护功能；二级管为防反二级管，最大反向电压40v；插座采用双排直针插座，双排直针插座的第一引脚与第三引脚并联且接地，双排直针插座的第二引脚和第四引脚并联，且连接于二级管。
76.电源转换模块能够将第二电压输入转换输出成第一电压输入，供信号转换模块供电，本实施例一具体应用，为将外部的24v第二电压输入转换成15v的第一电压输入供信号转换模块供电。
77.作为一些可选实施例，本技术装置还包括第一保护电路、第二保护电路和第三保保护电路，第一保护电路一端接地，第一保护电路另一端连接于第一电压输入处；第一保护电路用以电源模块的防护；
78.第二保护电路一端接地。第二保护电路另一端连接于信号输入端口与滤波模块之间；
79.第三保护电路一端接地，第三保护电路另一端连接于信号转换模块的信号输出端与信号输出端口之间。
80.优选的，第一保护电路包括防雷二极管；第二保护电路包括防静电tvs管；第三保护电路包括防静电tvs管。
81.第一保护电路、第二保护电路和第三保护电路形成转速信号转换装置的防护模块
1.3，有效对外部静电、过压、短路等故障进行防护。
82.参见图4至图5，本发明还提供一种发电机的转速信号转换及转速测量方法，包括上述的转速信号转换装置，包括以下步骤：
83.获取发电机的第一转速信号；
84.基于第一转速信号，得到相应的电压或电流转速信号；
85.基于电压或电流转速信号，转换得到n倍频转速脉冲信号(高精度转速脉冲信号)，n为正数，可自行选择设置；
86.基于n倍频转速脉冲信号，计算得到发电机的转速。
87.优选的，第一转速信号获取为安装于发电机端的编码器或接近开关采集获取；
88.基于第一转速信号，得到相应的电压或电流转速信号，具体包括：发电机的控制系统将获取的第一转速信号解析编译编程，经控制器系统的电压或电流输出端口输出，输出信号即为电压或电流转速信号；
89.具体的一应用案例，发电机控制系统内部的plc控制器将编码器或接近开关采集的第一转速信号数字化转换为0-10v的模拟实时电压转速信号或0-20ma的模拟实时电流转速信号。
90.基于电压或电流转速信号，转换得到n倍频转速脉冲信号，具体包括：将电压或电流转速信号输入至转速信号转换装置，转速信号转换装置对应转换输出相应的n倍频转速脉冲信号(高精度转速脉冲信号)；
91.转速信号转换装置将0-10v或0-20ma的模拟实时转速信号转换为n倍频转速脉冲信号，即得到高精度的转速脉冲信号。
92.基于n倍频转速脉冲信号，计算得到发电机的转速，具体包括：发电机的监测与诊断系统对输入的n倍频转速脉冲信号识别计算，得到的发电机转速的测量值精度高，且能够完成实时转速跟踪采样，保证风力发电机监测与诊断系统监测准确性和诊断效果。
93.参见图6a和图7a可知，本发明方式提供的高精度转速脉冲信号在转速跟踪采样过程中相较于现有转速脉冲信号跟踪采样，在同一时段过程中本发明方式的跟踪采样能够获得更多脉冲信号特征，跟踪采样结果更为准确。参见图6b和图7b可知，本发明方式提供的高精度转速脉冲信号在频谱分析过程中相较于现有转速脉冲信号频谱分析，其频谱分析更为清晰，有效避免因频谱不清晰造成的数据分析误差致使误诊断与误报警。
94.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。