[發(fā)明專利]一種海洋能發(fā)電裝置扭矩監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310681839.1
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103674366A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳成軍;李全寶;趙帥帥
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種海洋能發(fā)電裝置扭矩監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述發(fā)電裝置包括發(fā)電設(shè)備的動力輸出軸、發(fā)電機(jī)、海上變電系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括扭矩傳感器、供橋電壓穩(wěn)壓器、放大器、第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片、CPU、1/k分壓電路、電源及A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器、遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備；

其特征在于，所述扭矩傳感器安裝在動力輸出軸與發(fā)電機(jī)之間，扭矩傳感器通過放大器輸出傳感器輸出電壓U_i至第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片；發(fā)電機(jī)輸出電能至海上變電系統(tǒng)，海上變電系統(tǒng)與供橋電壓穩(wěn)壓器和電源及A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器相連，供橋電壓穩(wěn)壓器輸出端連接1/k分壓電路，輸出供橋電壓分壓U_k至第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片，CPU控制第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片對U_i和U_k進(jìn)行同時采樣和A/D轉(zhuǎn)換，并將扭矩傳感器的測量結(jié)果通過遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)送到岸基監(jiān)控站。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋能發(fā)電裝置扭矩監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩傳感器為應(yīng)變電橋式扭矩傳感器，所述供橋電壓穩(wěn)壓器輸出的供橋電壓Ug為扭矩傳感器內(nèi)部的電橋提供電橋輸入電壓，所述電源及A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器輸出電源電壓U_c和A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓U_r,其中電源電壓U_c為第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片、CPU和遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備供電；所述A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓U_r為第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片與第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片提供基準(zhǔn)電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋能發(fā)電裝置扭矩監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述1/k分壓電路為電阻分壓電路，其輸出的供橋電壓分壓U_k=U_g/k；在A/D轉(zhuǎn)換理想基準(zhǔn)電壓U_r-real和理想供橋電壓U_g-real作用下，U_k對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為M_k，扭矩傳感器的標(biāo)定系數(shù)為t_e,并滿足如下公式：

Ug-real=kMk2n-1Ur-real]]>

式中，n為第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片的位數(shù)；1/k為供橋電壓分壓系數(shù)；U_r-real為第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片和第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片的理想基準(zhǔn)電壓；U_g-real為扭矩傳感器的理想供橋電壓；M_k為U_r-real和U_g-real作用下得到的理想分壓信號U_k對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，為提前標(biāo)定值，并保存在CPU內(nèi)的ROM中；

所述A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果分別為D_i和D_k，CPU根據(jù)D_i和D_k的數(shù)值，使用扭矩測量誤差補(bǔ)償算法對扭矩傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋能發(fā)電裝置扭矩監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的扭矩測量誤差補(bǔ)償算法，包括以下步驟：

第一步，CPU對第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片初始化；

第二步，CPU控制第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片對供橋電壓分壓信號U_k和傳感器輸出電壓U_i進(jìn)行同時采集和同時A/D轉(zhuǎn)換；CPU控制讀取第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片、第二A/D轉(zhuǎn)換器芯片的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D_i和D_k；

第三步，CPU計算當(dāng)前供橋電壓U_g/U_r的大小，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號與參考電壓比值的關(guān)系，計算公式如下:

UgUr=kUkUr=kDk2n-1]]>

第四步，CPU對第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片的轉(zhuǎn)換結(jié)果D_i在理想基準(zhǔn)電壓U_r-real和理想供橋電壓U_g-real作用下的修正值D_i-correction,計算公式如下：

首先，在理想供橋電壓U_g-real作用下，扭矩傳感器的輸出信號為U_i-correction：

Ui-correction=Ui×Ug-realUg]]>

根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換功能，在理想供橋電壓U_g-real和理想?yún)⒖茧妷篣_r-real作用下，第一A/D轉(zhuǎn)換器芯片的輸出為：

Di-correction=Ui×Ug-realUgUr-real(2n-1)=Ug-realUgUr-real×(2n-1)×DiUr(2n-1)=UrUg×Ug-realUr-realDi]]>

=MkDkDi]]>

第五步，CPU計算扭矩傳感器的測量值T，計算公式如下：

T=Di-correction×te=MkDkDite]]>

式中，t_e為扭矩傳感器的標(biāo)定系數(shù)，即為U_r-real和U_g-real作用下，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量1所代表的扭矩值，為提前標(biāo)定值，并保存在CPU內(nèi)的ROM中；

第六步，CPU控制遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，將測量值T通過遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)送到岸基監(jiān)控站。