一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傾角測(cè)量系統(tǒng)，尤其是涉及一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，而能源消耗量卻在不斷增加，傳統(tǒng)的發(fā)電方式如火力發(fā)電，水力發(fā)電對(duì)環(huán)境的不利因素越來(lái)越為人們所認(rèn)識(shí)。以風(fēng)力發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電為主的新能源正在得到企業(yè)和政府的重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒或塔架由于地層移動(dòng)和巖土介質(zhì)的復(fù)雜性、塔筒本身的重量、自身振動(dòng)、風(fēng)力作用、葉片-機(jī)箱-塔筒耦合作用等因素的影響，塔筒軸心會(huì)產(chǎn)生一定的偏移。當(dāng)偏移超出安全范圍，塔筒會(huì)產(chǎn)生傾倒等危及人身和風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全的重大事故。因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組塔筒安全狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控也顯得越來(lái)越重要。
[0003]由于風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)種類多，并且分布分散，這些為風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控提出了更高的要求。無(wú)線傳感器具有布局靈活、結(jié)構(gòu)易變、生命力較強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來(lái)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工況監(jiān)控等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)傾角傳感器相比，MEMS傾角傳感器憑借體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成以及耐惡劣工作環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，極大的促進(jìn)了傾角傳感器的微型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。將MEMS技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，用于環(huán)境安全健康檢測(cè)已經(jīng)成為世界范圍研究的前沿方向。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)所處環(huán)境各異，溫度變化大，振動(dòng)擾動(dòng)頻繁等因素。而在目前還沒有有效結(jié)合微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，濾波和抗干擾處理的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)。
[0004]中國(guó)專利201010245707.0公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)傾斜檢測(cè)方法和裝置，此發(fā)明包括如下步驟:搭建硬件平臺(tái)，硬件包括自動(dòng)化數(shù)字水準(zhǔn)儀和中央控制系統(tǒng)；自動(dòng)化數(shù)字水準(zhǔn)儀采集數(shù)據(jù)，中央控制系統(tǒng)處理分析采集數(shù)據(jù)，最終獲得分離發(fā)電機(jī)傾斜的最大值和最大位置，其存在體積大，功耗大，安裝繁瑣等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種便于安裝、靈敏度高、傾角測(cè)量精度高的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)，包括至少一個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)計(jì)算機(jī)終端，所述的無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)終端連接，并安裝在塔筒內(nèi)壁上；
[0008]所述的無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)包括MEMS傾角傳感模塊、穩(wěn)壓模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、溫度傳感器、Zigbee收發(fā)模塊、電源模塊和WIFI模塊，所述的穩(wěn)壓模塊、MEMS傾角傳感模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊依次連接，所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端、溫度傳感器的輸出端分別連接微處理器，所述的微處理器分別與Zigbee收發(fā)模塊和WIFI模塊雙向連接，所述的電源模塊連接穩(wěn)壓模塊、溫度傳感器、微處理器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、Zigbee收發(fā)模塊和WIFI模塊，所述的WIFI模塊與計(jì)算機(jī)終端相連接；
[0009]MEMS傾角傳感模塊監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒傾角數(shù)據(jù)并輸出模擬信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送到微處理器，微處理器按計(jì)算機(jī)終端設(shè)置的采樣周期接收MEMS傾角傳感模塊傳輸?shù)膬A角數(shù)據(jù)，并根據(jù)溫度傳感器監(jiān)測(cè)的溫度信息對(duì)傾角數(shù)據(jù)依次進(jìn)行溫度補(bǔ)償、濾波和抗干擾處理，并將處理好的數(shù)據(jù)通過Zigbee收發(fā)模塊傳送給其它無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)或直接通過WIFI模塊傳送給計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)終端解析接收到的數(shù)據(jù)幀信號(hào)并保存，并繪制傾角曲線。
[0010]優(yōu)選地，所述的穩(wěn)壓模塊的輸出電壓壓差在±20mV以內(nèi)。
[0011]優(yōu)選地，所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊采用16位或24位A/D轉(zhuǎn)換芯片。
[0012]優(yōu)選地，所述的溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)塔筒壁內(nèi)環(huán)境溫度。
[0013]優(yōu)選地，所述的無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)設(shè)有多個(gè)，通過Zigbee收發(fā)模塊相互連接，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行小范圍數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。
[0014]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)幀信號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括:數(shù)據(jù)頭字段、節(jié)點(diǎn)編號(hào)字段、數(shù)據(jù)字段、校驗(yàn)字段和數(shù)據(jù)尾字段，其中，
[0015]數(shù)據(jù)頭字段:用于標(biāo)定數(shù)據(jù)信息的起始；
[0016]節(jié)點(diǎn)編號(hào)字段:用于標(biāo)定傾角傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)；
[0017]數(shù)據(jù)字段:用于承載傾角信息和溫度信息；
[0018]校驗(yàn)字段:用于校驗(yàn)發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確；
[0019]數(shù)據(jù)尾字段:用于標(biāo)定數(shù)據(jù)信息的結(jié)束。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1)本發(fā)明具有體積小、重量輕、功耗低、便于安裝和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。用于檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒振動(dòng)形變的傾角信息的MEMS傾角傳感模塊采用體積小、功耗低、便于安裝高精度MEMS的傾角測(cè)量芯片，保證檢測(cè)到微小的形變。
[0022]2)本發(fā)明具有可靠性高、傾角測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用16位或24位A/D轉(zhuǎn)換芯片保證MEMS傾角模塊輸出信息不丟失；微處理器用于對(duì)傾角信息進(jìn)行濾波處理消除地鐵振動(dòng)的影響，通過提取溫度傳感器生成的溫度信息進(jìn)行溫度補(bǔ)償，打包高精度的傾角信息生成數(shù)據(jù)幀信號(hào)。
[0023]3)本發(fā)明用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)化了布線的要求，更加適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)雜的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒軸心傾斜和振動(dòng)的準(zhǔn)確、有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明應(yīng)用場(chǎng)景側(cè)面示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明應(yīng)用場(chǎng)景截面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明MEMS傾角傳感模塊的傾斜姿態(tài)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)的程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒檢測(cè)的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)，包括兩個(gè)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)1和一個(gè)計(jì)算機(jī)終端2，無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)1通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)終端2連接，無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)1包括MEMS傾角傳感模塊11、穩(wěn)壓模塊12、A/D轉(zhuǎn)換模塊13、微處理器14、溫度傳感器15、Zigbee收發(fā)模塊16、電源模塊17和WIFI模塊18，穩(wěn)壓模塊12的輸出端連接MEMS傾角傳感模塊11的輸入端，MEMS傾角傳感模塊11的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊13的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊13的輸出端連接微處理器14，溫度傳感器15的輸出端連接微處理器14，微處理器14分別與Zigbee收發(fā)模塊16和WIFI模塊18雙向連接，電源模塊17連接穩(wěn)壓模塊12、溫度傳感器15、微處理器14、A/D轉(zhuǎn)換模塊13、Zigbee收發(fā)模塊16和WIFI模塊18，WIFI模塊18通過WIFI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與計(jì)算機(jī)終端2通信連接。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)線傾角測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)測(cè)量塔筒管壁的傾斜角度，通過組合計(jì)算得出管片的實(shí)際形變；微處理器內(nèi)進(jìn)行濾波、抗干擾處理和溫度補(bǔ)償，去除風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)噪聲和溫度的影響，使其達(dá)到高精度的測(cè)量要求；使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)化了布線的要求，更加適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)雜的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)變化的準(zhǔn)確、有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0033]如圖2-圖3所示，本實(shí)施例中，無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)1設(shè)有兩個(gè)，標(biāo)記為A、B，分別安裝在塔筒內(nèi)壁上，各節(jié)點(diǎn)間采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過Zigbee收發(fā)模塊16相互連接。
[0034]MEMS傾角傳感模塊11用于檢測(cè)所安裝平面兩個(gè)軸向傾斜程度，如圖4所示，當(dāng)傾角檢測(cè)芯片處于平衡狀態(tài)時(shí)，其X軸Y軸與水平方向成0°，與重力加速度g方向成90°。當(dāng)MEMS傾角傳感模塊發(fā)生傾斜時(shí)，變?yōu)閄’軸、Y’軸，根據(jù)重力加速度在傾角檢測(cè)芯片兩個(gè)靈敏軸上不同的分量，MEMS傾角傳感模塊輸出不同的傾角信息，通過數(shù)據(jù)處理，得到其傾斜角度。在本實(shí)例中，兩軸的傾斜角度介于±90°之間，傾角檢測(cè)芯片的輸出為模擬電壓信號(hào)，根據(jù)角度的不同而輸出0.5V?4.5V不等的電壓。
[0035]微處理器14具有溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波去干擾和數(shù)據(jù)打