[發明專利]一種數據采集與信號處理方法及數據采集器

在審

• 申請號: 201711080677.0
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107883996A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 王海江
• 申請（專利權）人: 南京國電環保科技有限公司
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00;G01H17/00
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 張立榮,聶占濤

技術領域

本發明涉及一種數據采集與信號處理方法。

背景技術

目前國內火電廠普遍采取計劃檢修方式，存在檢修不及時及過度檢修問題。狀態檢修方式是指根據設備的健康狀況合理安排檢修時間，既避免了檢修不及時造成的危險，又減少了不必要的停機檢修造成的人力、物力和財力的浪費。

狀態檢修系統整體架構由振動加速度傳感器、數據采集器、服務器、接口機、網絡組件、服務端軟件、客戶端軟件等組成。其中數據采集器安裝在被監測設備就地控制箱內，其采集、處理的準確性對于整套系統的性能至關重要。

現有國內外采用的數據采集器普遍存在低頻噪聲干擾信號，而基于振動加速度傳感器的數據采集器在積分求速度幅值時存在累積誤差現象，二次積分求位移幅值時信號嚴重失真，大大超過了國標所允許的誤差范圍。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種能有效避免累積誤差、降低信號失真的處理方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種數據采集與信號處理方法，該方法通過將采集到的原始信號去噪后，通過二次線性積分運算獲得積分值，即為信號最終處理結果；原始信號為加速度信號，經二次線性積分運算獲得的積分值為位移幅值。

其中，二次線性積分運算通過將原始信號去噪后的數據點先經過快速傅里葉變換計算出頻域點，然后根據頻域點的幅值和各點所對應的頻率值計算得出各頻域點的積分分量，最后對各頻域點的積分分量進行求有效值運算，即得所述積分值。

進一步的，上述二次線性積分運算的方法如下：

(1)將原始信號去噪后采集到的電壓數據點：U1、U2、……、U_M(mV)，經過線性運算轉換為加速度原始數據點，經快速傅里葉變換得出N個頻域分量有效值，數值分別為：A0、A1、……、A_N(m/s²)；

然后根據傅里葉變化公式3-1得出加速度值a(t)的時域信號：

根據公式3-2計算加速度有效值A：

(2)根據加速度頻域分量計算速度頻域分量：對于頻率f_i對應的加速度分量a_i進行積分得出速度分量v_i，單位mm/sec：

則對于速度頻域分量

然后根據公式3-3計算速度幅值有效值V：

(3)根據速度頻域分量V_i計算位移頻域分量S_i，單位um：

位移頻域分量

最后根據公式3-4計算位移幅值有效值S：

進一步的，原始信號去噪通過以下方法：先采用差分放大電路去除全頻段噪聲，然后采用RC高通濾波電路去除低頻噪聲。

本發明還提供了采用上述數據采集與信號處理方法的數據采集器，該數據采集器包括去噪模塊、進行數據線性積分運算的CPU、數據存儲模塊；待進行數據采集的加速度傳感器通過去噪模塊與CPU相連；CPU與數據存儲模塊相連；CPU通過網絡與服務器相連。

進一步的，去噪模塊包括差分放大電路和RC濾波電路；待進行數據采集的加速度傳感器依次通過差分放大電路和RC濾波電路與CPU相連。

本發明相比現有技術具有以下優點：

1、本發明通過線性積分運算對信號數據進行處理，得到位移幅值，能有效避免傳統二次積分帶來的累積誤差：傳統數據處理得到的位移幅值為8～162um(明顯超過了國標所允許的范圍：正負15％)，通過本發明改進后的數據處理得到的位移幅值為8～10um，大大提高了數據的準確性和可重復性。

2、同時在進行信號差分放大電路去除全頻段噪聲之后，通過RC高通濾波電路去除5Hz以下的低頻噪聲信號，改善了傳統數據采集器的抗干擾性能。

附圖說明

圖1為本發明數據采集器的結構框圖；

圖2為圖1中CPU進行線性積分運算的流程圖；

圖3為本發明數據采集器(改進后)與傳統數據采集器(改進前)的數據處理結果對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細說明。