[發明專利]一種海洋能發電裝置扭矩監測系統

有效

• 申請號: 201310681839.1
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103674366A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳成軍;李全寶;趙帥帥
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 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

技術領域

本發明涉及一種海洋能發電裝置扭矩監測系統，特別是涉及一種非穩壓條件下發電裝置扭矩監測A/D轉換誤差補償電路和補償方法，屬于海洋能發電和電子測量交叉領域。

背景技術

對海洋離岸發電系統機械裝置輸出扭矩、轉速等機械參數的遠程監測，不僅可以及時掌握其工作狀態，并且對設備的故障診斷、發電效率監測等均具有重要的意義。

為了監測海洋能發電裝置中的機械裝置輸出的扭矩的大小可在動力輸出軸和發電機之間安裝非平衡電橋式扭矩傳感器，通過A/D采集通道輸入到嵌入式CPU中，由CPU將扭矩測量結果通過GPS或者GPRS通信模塊發送到岸基監測站上。

由于海洋能發電裝置的機械系統工作在海上，離岸距離較遠，為了節約成本，監測系統的供電通常采用“就地取能”的方式，即利用海洋能發電裝置發出的電對監測系統供電。受波浪或海流條件的影響，發電裝置發出的電是不穩定的，即使使用穩壓器穩壓后，電壓波動幅值的幅值仍然較大。由于非平衡電橋式扭矩傳感器的輸出信號、A/D轉換器的輸出結果分別會受到供橋電壓和A/D轉換基準電壓的影響，可能造成較大的測量誤差。因此如何補償測量誤差對測量結果的影響，是實現扭矩高精度測量的關鍵。

為了減小A/D轉換的誤差值，有人提出了一些A/D轉換電路誤差修正的方法，例如專利JP2006-204868?A、CN201110082530.1。其中專利JP2006-204868?A利用修正用基準電壓進行A/D轉換，根據修正用基準電壓經過模數轉換獲得的測量值求出A/D轉換誤差值，將需要模數轉換的模擬電壓輸入此A/D轉換電路，通過A/D轉換誤差值對轉換得到的數字值進行誤差修正。這種方法將一種基準電壓下的誤差修正值應用于整個測量范圍，特別是沒有考慮A/D轉換器上的基準電壓波動對A/D測量結果的影響。專利CN201110082530.1在標準電源電壓情況下，對基準電壓進行A/D轉換得到第一轉換值，對A/D轉換電路供給波動電壓時，對基準電壓進行A/D轉換得到第二轉換值，通過第一、第二轉換值算出電壓變動，利用電壓變動值對模擬信號進行A/D轉換得到的測量值進行誤差修正。這種方法考慮了供給A/D轉換芯片的電源電壓波動對測量值的影響，但是同樣沒有考慮基準電壓的電壓波動對非平衡電橋供電電壓的影響。以上均是補償A/D轉換器的量子化誤差（又稱特性誤差），事實上基準電壓的波動直接影響測量結果，特別是對海洋能發電裝置扭矩監測系統，由于其直接使用發電裝置發出的電進行供電，輸出電壓波動大，扭矩測量誤差大。

發明內容

基于現有技術存在的上述問題和不足，本發明針對海洋能發電裝置扭矩監測誤差進行補償，修正由于測量電橋供電電壓和A/D轉換基準電壓波動造成的測量誤差。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種海洋能發電裝置扭矩監測系統，其中所述發電裝置包括發電設備的動力輸出軸、發電機、海上變電系統，所述監測系統包括扭矩傳感器、供橋電壓穩壓器、放大器、第一A/D轉換器芯片、第二A/D轉換器芯片、CPU、1/k分壓電路、電源及A/D轉換基準電壓穩壓器、遠程無線數據通信設備；

所述扭矩傳感器安裝在動力輸出軸與發電機之間，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轉換器芯片；發電機輸出電能至海上變電系統，海上變電系統與供橋電壓穩壓器和電源及A/D轉換基準電壓穩壓器相連，供橋電壓穩壓器輸出端連接1/k分壓電路，輸出供橋電壓分壓U_k至第二A/D轉換器芯片，CPU控制第一A/D轉換器芯片、第二A/D轉換器芯片對U_i和U_k進行同時采樣和A/D轉換，CPU進行扭矩測量誤差補償后，將扭矩傳感器的測量結果通過遠程無線數據通信設備發送到岸基監控站。

進一步地，所述扭矩傳感器為應變電橋式扭矩傳感器，所述供橋電壓穩壓器輸出的供橋電壓Ug為扭矩傳感器內部的電橋提供電橋輸入電壓，所述電源及A/D轉換基準電壓穩壓器輸出電源電壓U_c和A/D轉換基準電壓U_r,其中電源電壓U_c為第一A/D轉換器芯片、第二A/D轉換器芯片、CPU和遠程無線數據通信設備供電；所述A/D轉換基準電壓U_r為第一A/D轉換器芯片與第二A/D轉換器芯片提供基準電壓。