新型转子吊装监测系统

王兆禹　刘亮　刘文峰　王一平

摘  要：文章利用红外线传播速度快，不会受到反射界面和灰尘干扰等优点，采用红外线传感器作为监测装置，并通过多个传感器交错安装形成了全方位无死角的测量范围，通过全方位实时监控转子的吊装位置，避免发生与定子的碰撞。

关键词：红外线;传感器;转子

中图分类号：TV734         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）34-0063-03

Abstract： In this paper， the infrared sensor is used as the monitoring device， and the measurement range without dead angle is formed through the staggered installation of multiple sensors. The lifting position of the rotor is monitored in real time in all directions to avoid collision with the stator.

Keywords： infrared ray; sensor; rotor

引言

发电厂水轮发电机转子具有个头大，重量重的特点，在检修施工中一般采用人工插板的方式，将薄木板放入定、转子缝隙，让木板不断的游动，起重指挥人员根据插板人员的反馈信息，来判断定、转子间隙。但是这种方式费时费力，为了节约成本，采用红外线传感器对转子吊装过程进行实时监控，通过在发电机转子周围布置红外线传感器，将转子吊装的过程通过传感器传送到电子显示器，对整个吊装过程起到监测和控制作用。将红外线传感器应用到发电机转子吊装的监测定位环节，不仅可以做到高效率的监测和定位，还可以减小人力，做到机械化和信息化，采用传感器对转子中心位置，转子水平度，定子和转子间隙，转子联轴位置角度进行测量或定位，让桥机司机和指挥人员用更便捷的方式判断转子位置，缩短转子吊装时间，提高转子吊装质量和吊装过程的安全性。

1 红外线传感器

1.1 传感器的应用与发展

现代的发展是依托于科学技术的进步，科学技术进步的关键是信息技术的不断变革，信息技术主要是指能够快速的传导和反馈信号，可以不间断的将接收的信号发送到接收装置。发送和接收的装置主要是由传感器构成[1]。传感器是将获取的信号通过内部结构转换成另一种信号的元件。不同的信号会对应不同的传感器，传感器也由最初的结构型传感器历经集成型传感器发展到现在的智能型传感器，随着结构的变化，传感器也实现了从最初的单一信号间的传递发展为不同信号间的传递。智能传感器主要是受计算机控制，可以自动执行一些计算操作，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，采集最佳的数据。随着科学技术的发展，智能传感器所拥有的功能正在扩大，可以进行特征检测、多维扫描等任务，手机，数码设备，工业设备中都含有大量的传感器。

1.2 传感器的构成

传感器由敏感元件、传感元件、变送器和其它辅助单元组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。传感器的组成框图如图1所示。

1.2.1 敏感元件

敏感元件是指能够敏锐地感知被测变量并发出响应的元件。不同材质制成的元件可以感受不同的物理性质，按照输入的物理量可以分为热敏元件、光敏元件、力敏元件、气敏元件等。它可以感知物理、化学、生物的信息，可以超过人类感觉器官的功能，是传感器的重要组成部分。

1.2.2 传感元件

传感元件不会感受到被测量，只能把敏感元件接收的信号经过不同的规律转化成可以被接收的信号，输送到下一级。由于敏感元件接收的信号种类不同，包括温度，气压，激光等，不方便远距离快速传输，大多都转化成电信号进行输出。现在的传感器内部多采用集成电路，对传感器的硬件和软件两方面进行集成，包括：传感器元件的集成，處理单元和识别单元的集成等。传感器的智能化极大的提高了工业的发展，传感器在市场上的比重也会与日俱增。

1.2.3 变送器

变送器是在传感器的基础上，将非标准的输出信号变成标准信号，它有两个功能，第一个功能是将各种从传感器来的物理量转变成一种信号，比如利用热电偶，将温度转变为电势。第二个功能是将接收的信号通过运算放大器输送到其他仪表或接收装置。变送器可以采集到微弱的信号放大，便于传送或启动控制元件。

1.2.4 信号调节与转换电路

信号调节器作用是将原始信号加工，满足下一环节输入要求的需要。信号调节系统可以进行电平调整，信号调节系统可以变换信号形式，匹配滤波和阻抗，将非线性信号调整为线性信号。

1.3 红外线传感器的结构

红外线传感器由红外光学系统、红外调制系统、红外探测器、前置放大器、信号处理器、显示器伺服系统六部分组成，结构如图2所示。红外光学系统可以感受到周围环境的红外线变化，能够无接触测量，将收集的信号传送到下一级的红外调制系统中。红外调制系统能将接收的二进制信号编码调制为一系列的脉冲信号，同时也抑制其他信号的干扰，经过调制的信号传入到下一级经前置放大器进行放大处理输送到信号处理器中，信号处理器是从红外信号中提取景物的温度、方位、相对运动速度等有关信息，送给显示器伺服系统。红外传感器可以用于辐射和光谱测量，搜索跟踪红外目标，确定物体的空间位置。

1.4 红外线传感器工作原理

红外线通过接收器进入到传感器内部，温度的变化引起电荷的剧烈变化，电荷的运动会产生一系列的信号波动，通过红外调制系统将二进制信号转换成脉冲信号，就可以被接收器接收并获得物体的信息[5]。据此，红外线传感器可广泛用于勘测、侦察、成像等领域。红外传感器将一部分的射线转变为热量，通过电阻值的变化输出信号，可以常温动作下操作，价格实惠。

2 监测控制系统

2.1 监测系统的组装

水輪发电机转子吊装装置由于结构或功能限制，往往只有下端有机械轴承固定，而上端开放，这就使得转子与定子之间的契合距离成为一个不容忽视的问题。针对这类转子吊装问题，新型的转子吊装监测控制系统由六个红外线传感器组成，分别成60°夹角固定安装在转子四周，如图3转子安装俯视图所示。

整个转子的安装设计中，红外测距仪无法直接放入转子预先设计的六个位置中，需要用合适的卡具将红外测距仪进行固定，如图4红外测距传感器卡具所示。

当转子在下降与定子契合的过程中，其身上的红外测距传感器将全方位的监测，通过传感器给出的信号能够进一步判断出转子与定子间的间距，从而保证水轮发电机转子吊装定位的顺利进行，如图5所示。

转子吊装监测控制系统如图6所示。

2.2 监测控制过程

当转子与定子过近时会触发警报，警报器组成主要由红外传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路、音响报警电路和显示电路等组成， 如图7所示。

红外线传感器接受到的信号一方面会通过信号放大电路，电压比较器，延时电路传递给音响报警电路发出警报，另一方面会传递到显示电路上通过显示器传递给操作员进行调控，进而避免危险发生。

3 结束语

通过对转子吊装监测系统的改进，我们设计出了由多个红外线传感器组成的新型监测系统，该系统由六个红外线传感器构成，通过传感器全方位实时监控转子的吊装过程，避免发生与定子的碰撞。通过显示器第一时间传递给操作员信息，以便进行调控。红外线传感器的应用极大地提高了监测控制效率，解决了发电机转子吊装监测的难题。

参考文献：

[1]赵旦峰，谢红.一种高精度传感器接口放大电路[J].1996（3）：41-45.

[2]王世一.数字信号处理[M].北京：北京理工大学出版社，1997：2-7.

[3]扁淑芳，黄庆元.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1994：8-11.

[4]苏长赞.红外线与超声波遥控[M].广西：人民邮电出版社，1993：13-26.

[5]孙肖子，刘刚，孙可荣.传感器及其应用[M].北京：电子工业出版社，1993：28-35.