新型轉子吊裝監測系統

王兆禹　劉亮　劉文峰　王一平

摘? 要：文章利用紅外線傳播速度快，不會受到反射界面和灰塵干擾等優點，采用紅外線傳感器作為監測裝置，并通過多個傳感器交錯安裝形成了全方位無死角的測量范圍，通過全方位實時監控轉子的吊裝位置，避免發生與定子的碰撞。

關鍵詞：紅外線;傳感器;轉子

中圖分類號：TV734? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0063-03

Abstract： In this paper， the infrared sensor is used as the monitoring device， and the measurement range without dead angle is formed through the staggered installation of multiple sensors. The lifting position of the rotor is monitored in real time in all directions to avoid collision with the stator.

Keywords： infrared ray; sensor; rotor

引言

發電廠水輪發電機轉子具有個頭大，重量重的特點，在檢修施工中一般采用人工插板的方式，將薄木板放入定、轉子縫隙，讓木板不斷的游動，起重指揮人員根據插板人員的反饋信息，來判斷定、轉子間隙。但是這種方式費時費力，為了節約成本，采用紅外線傳感器對轉子吊裝過程進行實時監控，通過在發電機轉子周圍布置紅外線傳感器，將轉子吊裝的過程通過傳感器傳送到電子顯示器，對整個吊裝過程起到監測和控制作用。將紅外線傳感器應用到發電機轉子吊裝的監測定位環節，不僅可以做到高效率的監測和定位，還可以減小人力，做到機械化和信息化，采用傳感器對轉子中心位置，轉子水平度，定子和轉子間隙，轉子聯軸位置角度進行測量或定位，讓橋機司機和指揮人員用更便捷的方式判斷轉子位置，縮短轉子吊裝時間，提高轉子吊裝質量和吊裝過程的安全性。

1 紅外線傳感器

1.1 傳感器的應用與發展

現代的發展是依托于科學技術的進步，科學技術進步的關鍵是信息技術的不斷變革，信息技術主要是指能夠快速的傳導和反饋信號，可以不間斷的將接收的信號發送到接收裝置。發送和接收的裝置主要是由傳感器構成[1]。傳感器是將獲取的信號通過內部結構轉換成另一種信號的元件。不同的信號會對應不同的傳感器，傳感器也由最初的結構型傳感器歷經集成型傳感器發展到現在的智能型傳感器，隨著結構的變化，傳感器也實現了從最初的單一信號間的傳遞發展為不同信號間的傳遞。智能傳感器主要是受計算機控制，可以自動執行一些計算操作，對傳感器的數據進行處理，并能對它的內部行為進行調節，采集最佳的數據。隨著科學技術的發展，智能傳感器所擁有的功能正在擴大，可以進行特征檢測、多維掃描等任務，手機，數碼設備，工業設備中都含有大量的傳感器。

1.2 傳感器的構成

傳感器由敏感元件、傳感元件、變送器和其它輔助單元組成，有時也將信號調節與轉換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分。傳感器的組成框圖如圖1所示。

1.2.1 敏感元件

敏感元件是指能夠敏銳地感知被測變量并發出響應的元件。不同材質制成的元件可以感受不同的物理性質，按照輸入的物理量可以分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件、氣敏元件等。它可以感知物理、化學、生物的信息，可以超過人類感覺器官的功能，是傳感器的重要組成部分。

1.2.2 傳感元件

傳感元件不會感受到被測量，只能把敏感元件接收的信號經過不同的規律轉化成可以被接收的信號，輸送到下一級。由于敏感元件接收的信號種類不同，包括溫度，氣壓，激光等，不方便遠距離快速傳輸，大多都轉化成電信號進行輸出?，F在的傳感器內部多采用集成電路，對傳感器的硬件和軟件兩方面進行集成，包括：傳感器元件的集成，處理單元和識別單元的集成等。傳感器的智能化極大的提高了工業的發展，傳感器在市場上的比重也會與日俱增。

1.2.3 變送器

變送器是在傳感器的基礎上，將非標準的輸出信號變成標準信號，它有兩個功能，第一個功能是將各種從傳感器來的物理量轉變成一種信號，比如利用熱電偶，將溫度轉變為電勢。第二個功能是將接收的信號通過運算放大器輸送到其他儀表或接收裝置。變送器可以采集到微弱的信號放大，便于傳送或啟動控制元件。

1.2.4 信號調節與轉換電路

信號調節器作用是將原始信號加工，滿足下一環節輸入要求的需要。信號調節系統可以進行電平調整，信號調節系統可以變換信號形式，匹配濾波和阻抗，將非線性信號調整為線性信號。

1.3 紅外線傳感器的結構

紅外線傳感器由紅外光學系統、紅外調制系統、紅外探測器、前置放大器、信號處理器、顯示器伺服系統六部分組成，結構如圖2所示。紅外光學系統可以感受到周圍環境的紅外線變化，能夠無接觸測量，將收集的信號傳送到下一級的紅外調制系統中。紅外調制系統能將接收的二進制信號編碼調制為一系列的脈沖信號，同時也抑制其他信號的干擾，經過調制的信號傳入到下一級經前置放大器進行放大處理輸送到信號處理器中，信號處理器是從紅外信號中提取景物的溫度、方位、相對運動速度等有關信息，送給顯示器伺服系統。紅外傳感器可以用于輻射和光譜測量，搜索跟蹤紅外目標，確定物體的空間位置。

1.4 紅外線傳感器工作原理

紅外線通過接收器進入到傳感器內部，溫度的變化引起電荷的劇烈變化，電荷的運動會產生一系列的信號波動，通過紅外調制系統將二進制信號轉換成脈沖信號，就可以被接收器接收并獲得物體的信息[5]。據此，紅外線傳感器可廣泛用于勘測、偵察、成像等領域。紅外傳感器將一部分的射線轉變為熱量，通過電阻值的變化輸出信號，可以常溫動作下操作，價格實惠。

2 監測控制系統

2.1 監測系統的組裝

水輪發電機轉子吊裝裝置由于結構或功能限制，往往只有下端有機械軸承固定，而上端開放，這就使得轉子與定子之間的契合距離成為一個不容忽視的問題。針對這類轉子吊裝問題，新型的轉子吊裝監測控制系統由六個紅外線傳感器組成，分別成60°夾角固定安裝在轉子四周，如圖3轉子安裝俯視圖所示。

整個轉子的安裝設計中，紅外測距儀無法直接放入轉子預先設計的六個位置中，需要用合適的卡具將紅外測距儀進行固定，如圖4紅外測距傳感器卡具所示。

當轉子在下降與定子契合的過程中，其身上的紅外測距傳感器將全方位的監測，通過傳感器給出的信號能夠進一步判斷出轉子與定子間的間距，從而保證水輪發電機轉子吊裝定位的順利進行，如圖5所示。

轉子吊裝監測控制系統如圖6所示。

2.2 監測控制過程

當轉子與定子過近時會觸發警報，警報器組成主要由紅外傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路、音響報警電路和顯示電路等組成， 如圖7所示。

紅外線傳感器接受到的信號一方面會通過信號放大電路，電壓比較器，延時電路傳遞給音響報警電路發出警報，另一方面會傳遞到顯示電路上通過顯示器傳遞給操作員進行調控，進而避免危險發生。

3 結束語

通過對轉子吊裝監測系統的改進，我們設計出了由多個紅外線傳感器組成的新型監測系統，該系統由六個紅外線傳感器構成，通過傳感器全方位實時監控轉子的吊裝過程，避免發生與定子的碰撞。通過顯示器第一時間傳遞給操作員信息，以便進行調控。紅外線傳感器的應用極大地提高了監測控制效率，解決了發電機轉子吊裝監測的難題。

參考文獻：

[1]趙旦峰，謝紅.一種高精度傳感器接口放大電路[J].1996（3）：41-45.

[2]王世一.數字信號處理[M].北京：北京理工大學出版社，1997：2-7.

[3]扁淑芳，黃慶元.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，1994：8-11.

[4]蘇長贊.紅外線與超聲波遙控[M].廣西：人民郵電出版社，1993：13-26.

[5]孫肖子，劉剛，孫可榮.傳感器及其應用[M].北京：電子工業出版社，1993：28-35.