[發明專利]應用于風機控制系統的高精度溫度檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201110451040.4
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN103185645A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 杜勁松;劉意楊;叢日剛;吳景輝;張清石
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01K7/20
• 分類號: G01K7/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術領域

本發明涉及一種應用于風力發電機的溫度檢測技術，特別是涉及一種高精度的溫度檢測裝置及方法。

背景技術

近年來，在國家政策的大力扶持下，風電設備制造業進入了黃金期，制造技術和生產能力快速發展，獲得了技術和生產經驗的積累，尤其是在國內的能源供需矛盾問題越來越嚴重和電力需求上升的情況下，風電產業得到迅速發展。

風電控制系統主要用來確保風力發電機的安全、可靠、高效運行。而溫度信息是風電控制系統中的重要參量(齒輪箱油溫、高速度軸溫度、發電機溫度、前主軸承溫度、后主軸承溫度、控制器環境溫度)，風電控制系統要求對溫度進行精確測量和控制，在風電行業中鉑(PT)熱電阻是一種應用廣泛的溫度傳感器，它具有體積小、準確度高、測溫范圍寬、穩定性好等特點，但它同時也存在非線性的缺點，因此在利用PT熱電阻進行精確溫度測量時，除要克服測量電路自身的噪聲干擾外，還要對PT電阻的非線性進行矯正。

傳統的PT電阻測溫方式，有兩線制和三線制兩種方式。這兩種方式都由信號板提供一個恒流源，恒定的電流流過隨溫度變化的電阻，產生變化的電壓值。CPU根據變化的電壓值計算出溫度的變化。兩線制的測量方法受線路電阻的影響較大，測量結果存在一定的誤差；三線制測量方法可以較好的解決線路電阻的問題，但是需要增加一個模擬開關，頻繁地在兩個回路之間切換。而且，該測量方法缺乏通用性，如果信號板已經制作完成，就很難再擴展測溫的路數。

上述兩種測量方式，不論兩線制還是三線制都采用恒流源作為標準電源，而恒流源帶載能力很弱，無法加載兩路以上的PT電阻輸入，否則就會造成較大的電源誤差，因此，每一路PT電阻輸入都必須對應單一的恒流源，不僅大大增加了成本，而且由于恒流源精度較低，也導致溫度測量精度較低。

針對上述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的PT電阻測溫技術及模塊，從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供用于風力發電機控制系統的高精度溫度檢測裝置及方法。

應用于風機控制系統的高精度溫度檢測裝置，其特征在于包括：

基準電壓源，將來自外部電源的電壓信號轉化為需要的電壓信號輸出至分壓電路；

分壓電路，用于將電阻與PT電阻串聯在一起，并施以固定的基準電壓，輸出電壓信號至π型濾波電路；

π型濾波電路，與PT電阻并聯，用于濾除干擾噪聲；輸入端和輸出端都是電壓信號；

過流保護電路，用于保護AD轉換電路，接收來自π型濾波電路的電壓信號，輸出電壓信號至低通濾波電路；

低通濾波電路，用于將濾波后的電壓信號輸出至AD轉換電路；

AD轉換電路，用于將輸入端的電壓信號進行模數轉換并輸出數字電壓信號至AD自校準電路和光耦隔離電路；

AD自校準電路，用于對AD轉換電路進行自校準，與AD轉換電路相連接；

高速光耦隔離電路，用于對DSP芯片進行保護，輸入端接收來自AD轉換電路的數字電壓信號和DSP芯片的數字控制信號，輸出數字電壓信號至DSP芯片并將數字控制信號傳輸給AD轉換電路；

DSP芯片，用于對電壓信號的分析處理，并與風機控制系統主站通信。

所述AD轉換電路由帶有內置PGA寄存器的AD轉換芯片和編碼器組成，AD轉換芯片輸出選通信號至編碼器；基準電壓源輸出的基準電壓經開關芯片輸出至AD轉換芯片。

所述AD自校準電路由2片開關芯片組成，基準電壓源輸出基準電壓至開關芯片。

應用于風機控制系統的高精度溫度檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)AD轉換電路初始化；

步驟2)對AD轉換電路的模擬量輸入的通道進行自校準；

步驟3)配置PGA參數，并進行電壓數據的模數轉換；

步驟4)利用二次擬合方法將模數轉換后的電壓數字量轉換成電阻值；

步驟5)利用查表法和分段線性化方法得出電阻值對應的精確溫度值；

步驟6)通過DSP芯片將精確溫度值上傳至風機控制系統主站。

所述自校準包括以下步驟：

步驟1)AD轉換芯片通過編碼器選通開關芯片的相應通道；

步驟2)當所選通道有效時，開關芯片將基準電壓源接入AD轉換芯片的相應輸入通道；

步驟3)以與開關芯片校準端口相連的模擬基準電壓為基準，來標定AD轉換芯片輸出的數字信號。