风机油液磨粒在线监测系统的研究与设计

摘要

在风力发电机运行过程中，其内部的部件会相互接触摩擦产生磨损颗粒，这些磨粒随着润滑油在油路中循环。通过监测风力发电机油液中的磨粒信息可以确定合适的换油时机以及判断风力发电机的磨损程度，从而增加风力发电机的安全性及延长其使用寿命。本文针对磨粒信号检测存在的难点，提出了磨粒信号检测算法，研究并设计了一套风机油液磨粒在线监测系统，实现对风力发电机油液中的磨粒在线监测。
　　本文研究的对象为风机油液磨粒在线监测系统，分别从系统的设计需求、磨粒信号检测算法、系统的总体设计三个方面展开研究。
　　(1)提出了风机油液磨粒在线监测系统的总体设计框架，由磨粒传感器、磨粒信号数据处理、上位机三部分组成。磨粒信号数据处理部分需要具备对磨粒数据的采集、数据处理、数据存储、数据通信等功能，根据各项功能，提出相应的方法策略，并根据系统设计的需求进行选择。
　　(2)分析了磨粒信号检测存在的难点，主要包括高频信号干扰、基线漂移、尖峰干扰、惯性假峰、波形截断等问题，这些问题的存在会造成磨粒多检和漏检。利用多项式拟合移动平滑滤波算法对信号进行滤波，消除高频信号干扰;利用寻峰算法解决基线漂移、尖峰干扰、惯性假峰的问题，从采样信号中寻找到磨粒波形的波峰和波谷;提出两类分类算法解决波形截断的问题，根据波峰和波谷的信息对磨粒信号分类，提取出真实磨粒数据信息。
　　(3)从软件和硬件上设计并实现了风机油液磨粒在线监测系统。在软件上，实现了通过DMA的方式搬移采样数据、利用I2C总线将数据存储进铁电存储器中、通过Modbus通信协议实现与上位机的通信等功能;硬件方面，设计了以DSP为核心的系统硬件电路。
　　本文通过实验对磨粒信号检测算法中的参数进行设置、通过数据连续性测验验证了DMA搬移数据的可行性、通过滤波测试验证了滤波算法的有效性、通过磨粒检测实验验证了磨粒检测算法对于直径大于100μm的铁磁磨粒和直径大于500μm的非铁磁磨粒具有较好的检测效果、通过上位机监测的结果验证了整个系统的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 风机油液磨粒监测的背景及意义

1．2 磨粒监测技术的发展现状

1．2．1 离线磨粒监测技术

1．2．2 在线磨粒监测技术

1．3 本文主要工作

2 风机油液磨粒在线监测系统的研究

2．1 系统总体设计框架

2．2 磨粒传感器

2．2．1 传感器头设计

2．2．2 磨粒信号波形

2．3 磨粒信号数据处理

2．3．1 数据采集

2．3．2 数据处理

2．3．3 数据存储

2．3．4 数据通信

2．4 上位机监测

2．5 本章小结

3 磨粒信号检测算法的研究

3．1 磨粒信号检测

3．2 磨粒信号检测的难点

3．2．1 高频信号干扰

3．2．2 基线漂移

3．2．3 尖峰干扰

3．2．4 惯性假峰

3．2．5 波形截断

3．3 滤波算法

3．4 寻峰算法

3．5 分类算法

3．5．1 完整波形分类算法

3．5．2 以波峰为基准的分类算法

3．5．3 组合分类算法

3．6 本章小结

4 风机油液磨粒在线监测系统的设计

4．1 系统软件设计

4．1．1 系统软件设计流程图

4．1．2 系统初始化

4．1．3 数据采样程序

4．1．4 数据存储程序

4．1．5 数据通信程序

4．2 系统硬件设计

4．2．1 系统硬件设计总框图

4．2．2 电源模块

4．2．3 信号处理控制模块

4．2．4 通信模块

4．3 本章小结

5．1 参数设置

5．2 数据连续性测试

5．3 滤波测试

5．4 磨粒检测实验

5．5 上位机监测

5．6 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历

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