動態(tài)采集系統(tǒng)在振動測量系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
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根據(jù)振動測量要求，測量電纜的選擇指標有兩方面因素：電纜阻值和電纜絕緣值。通過測量電纜阻值是否在規(guī)定的范圍來判斷電纜是否短路、開路或被老鼠啃食，并通過搖表測量每一路的絕緣電阻值是否大于500MΩ來判斷電纜絕緣性能的好壞，但影響電纜噪聲的因素很多，僅依靠上述兩個原則并不能判斷電纜性能的好壞。表1是某一次未接傳感器時測量電纜的絕緣電阻和噪聲情況，由表中可以看出絕緣性能好的未必噪聲就大。
表1 絕緣電阻測量值 
在電纜數(shù)學模型中，電纜電阻和絕緣電阻僅是該模型的一部分。在實際測量中，由于電纜電感的存在，會在電纜中形成寄生電容（寄生電容一般是指電感等在高頻情況下表現(xiàn)出來的電容特性），該電容值的大小會在搖絕緣和受到較大沖擊時影響電纜中的噪聲值，同時電纜分布電容值的存在會影響實際得到的振動時域波形數(shù)值的大小，具體計算分析如下。
為了保證測量系統(tǒng)的可靠性和精度，必須對振動傳感器和測量儀器進行校準。從校準的觀點看，傳感器可分為工作校準和系統(tǒng)校準兩大類，前者校準工作由專業(yè)計量機構(gòu)完成，配備相應(yīng)的校準證書，從該證書上可以查到該傳感器的編號及其靈敏度，而標準傳感器則用作國家級計量部門的基準與地方計量部門之間的傳遞，以及標準傳感器的參考校準。振動系統(tǒng)校準通過加載已知標準信號，得到傳感器和測量系統(tǒng)輸出記錄值與已知信號值對比，確定參數(shù)校準系數(shù)。
為了深入研究測量電纜分布電容對校準系統(tǒng)的影響，將其校準系統(tǒng)數(shù)學模型表示如圖6所示，圖中測量系統(tǒng)加標準信號源U，前端串聯(lián)電容C（假設(shè)C=1000Pf），設(shè)信號源電纜和采集系統(tǒng)電纜之間電容為C1。依據(jù)上述分析可建立以下振動系統(tǒng)校準數(shù)學模型，如圖6所示：
q=(C+C1)×U （5）
圖6 校準系統(tǒng)數(shù)學模型
為了完善測量電纜選擇指標并優(yōu)化電纜性能，以下提出選擇測量電纜指標性能原則：靜態(tài)原則和動態(tài)原則。其中靜態(tài)原則考慮其電阻值和絕緣值，動態(tài)原則主要涉及電纜電容值。 動態(tài)原則主要考慮電纜電容值，電纜電容值包括電纜寄生電容和分布電容。通常情況下電纜寄生電容很小，可忽略不計，但對有些性能較差的電纜其寄生電容很大，導致在對電纜搖絕緣時對寄生電容充電，該電纜接入采集系統(tǒng)后其零位噪聲值偏大，有時甚至超過振動信號，其具體對振動信號的影響分析如下：
設(shè)電纜寄生電容為Cj，分布電容為Cf，Cj和Cf為并聯(lián)關(guān)系，則電纜總電容C1為：C1=Cj+Cf。由于振動測量的物理量是電荷量，設(shè)傳感器產(chǎn)生的電荷量為Q，采集系統(tǒng)獲得的電荷量為q1，則由于電纜中寄生電容的存在，其上會聚集部分的電荷量設(shè)為q2，根據(jù)公式守恒公式可得：
Q=q1+q2 （6）
由此可知，由于電纜寄生電容的存在，在試驗過程中由于振動而產(chǎn)生的電荷一部分被寄生電容所有，導致實際測得的電荷量偏小，影響了振動測量數(shù)據(jù)的精度，因此對此類電纜必須將其剔除。
同時根據(jù)采集系統(tǒng)測得的電荷值和測量電纜的分布電容值也可進一步得到電纜的噪聲電壓值。假設(shè)采集系統(tǒng)空載時其加速度值約為2.3×10-3m/s2，則其等效電荷值為2.3×10-3 Pc(加速度值：等效電荷值=1：1)。通過連接未接傳感器的電纜，其測量的等效電荷值范圍為：30～80Pc，引起電荷量變化的原因是由于電纜中噪聲電壓的存在，通過公式Q=C×U可得到其等效電纜噪聲電壓值U=Q/C的范圍。
體現(xiàn)振動測量電纜性能好壞的一個主要指標就是電纜噪聲，該噪聲值的大小一方面反映了電纜數(shù)學模型中電纜電阻和絕緣電阻的性能，另一方面也體現(xiàn)了電纜自身電感和分布電容的影響。為此，在試驗準備過程中，應(yīng)對振動測量電纜的靜態(tài)性能和動態(tài)性能指標進行綜合考慮，優(yōu)先選擇電阻值適當、絕緣值大、噪聲小、電纜電容值小的測量電纜，以此提高振動測量系統(tǒng)的可靠性。
4 結(jié)論
本文在LMS SCADAS Ⅲ動態(tài)采集系統(tǒng)強大的處理能力基礎(chǔ)上，研究了傳感器敲擊波形異常分析方法，傳感器通道檢查方法和系統(tǒng)電纜優(yōu)化選擇方法，將三種方法結(jié)合LMS采集系統(tǒng)進行了實際應(yīng)用，并在實際試驗中進行了驗證，結(jié)果證明能有效提高振動測量系統(tǒng)的可靠性，為試驗系統(tǒng)提供強有力的技術(shù)保障。(end)
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