測風(fēng)傳感器故障檢測儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫丹丹

(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150000)

1 測風(fēng)系統(tǒng)中的傳感器分類

1.1 風(fēng)速傳感器

測風(fēng)傳感器主要包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器等,風(fēng)速傳感器的特點(diǎn)體現(xiàn)在具有高可靠性、高精度,是現(xiàn)階段測量風(fēng)速的一種常見傳感器,其外形相對較為輕便小巧,在一定程度上便于組裝,能夠精確測量風(fēng)量以及風(fēng)速,因而在農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及氣象等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,尤其在室外環(huán)境中長期使用。風(fēng)速傳感器能夠綜合考慮現(xiàn)場環(huán)境的不同情況,選用出相應(yīng)的風(fēng)速傳感器,但尤其需要注意的是應(yīng)避免在可燃?xì)怏w環(huán)境中使用此儀器設(shè)備。風(fēng)速傳感器的功能特點(diǎn)包括合理分配設(shè)備重量以及設(shè)備結(jié)構(gòu),采用高性能軸承以及底部出線方式,避免出現(xiàn)設(shè)備老化問題,但仍需使用防水零部件設(shè)備來完善傳感器,從而使其能夠具備響應(yīng)敏捷以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的特征[1]。與此同時(shí),風(fēng)向傳感器在使用過程中,還需高度關(guān)注旋轉(zhuǎn)軸線以及兩翼前后板的方向保持一致性,以此來平衡風(fēng)標(biāo)設(shè)備的前后重量,若是風(fēng)速傳感器出現(xiàn)異常聲音或者出現(xiàn)異常氣味時(shí),還需及時(shí)進(jìn)行檢查以及更換,從而保障風(fēng)速傳感器的正常有序運(yùn)轉(zhuǎn)。以ZQZ TF型風(fēng)速傳感器為例,通過風(fēng)杯組件的主軸旋轉(zhuǎn)以及水平風(fēng)力的啟動(dòng)運(yùn)行,使用霍爾開關(guān)電路元件從傳感器中感應(yīng)出相應(yīng)的信號頻率,基于線性增加的特征和原理,以此來得出精確的風(fēng)速數(shù)據(jù)[2]。

1.2 風(fēng)向傳感器

風(fēng)向傳感器主要通過轉(zhuǎn)動(dòng)探測的方式來感知風(fēng)向,利用感應(yīng)元件來運(yùn)行碼盤以及主軸,通過物理裝置設(shè)備來輸出相應(yīng)的風(fēng)向數(shù)值,還能夠測量外界環(huán)境中的周圍風(fēng)向,其工作原理包括羅盤式測量、電壓式測量以及電光式測量等等,且在電力科研、林業(yè)農(nóng)業(yè)以及氣象等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用發(fā)展,風(fēng)向傳感器的主要裝置構(gòu)件包括傳輸電纜、風(fēng)杯以及傳感器主機(jī)等設(shè)備,較強(qiáng)的電壓保護(hù)能力以及抗電磁干擾能力保障主機(jī)能夠在潮濕環(huán)境中正常運(yùn)行。風(fēng)向傳感器的工作控制核心是利用格雷碼編碼以及光電信號來進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以便能夠通過輸出電壓信號來顯示相應(yīng)的風(fēng)向數(shù)值。同時(shí),風(fēng)向傳感器系統(tǒng)能夠通過數(shù)字處理技術(shù)以及節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)技術(shù)來保障檢測數(shù)值的高精確度,其特點(diǎn)還體現(xiàn)在具有防腐蝕、防水以及高耐性特征,系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息還具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能夠增加信號的傳輸范圍以及傳輸距離,從而顯示出較高的顯示限度,促使風(fēng)向傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能可靠,并精確定位風(fēng)向,利用系統(tǒng)中的接口設(shè)備將風(fēng)向信息傳輸至后臺,以便形成傳感器的定位絕對。

2 測風(fēng)傳感器故障檢測儀的設(shè)計(jì)

2.1 測風(fēng)傳感器故障檢測儀的特性設(shè)計(jì)

測風(fēng)傳感器的故障檢測儀應(yīng)該集故障檢測性能與自檢性能為一體,并具備操作簡單方便以及能夠自主切換的特點(diǎn)。檢測儀的電源設(shè)備最優(yōu)選用+5 V電源,并使其能夠連接多種電源,這樣的設(shè)計(jì)特性既能夠通過市電轉(zhuǎn)換或者設(shè)備中的計(jì)算機(jī)電源來獲得可使用電源,又能夠直接使用檢測儀設(shè)備中的電源,以便能夠更高效快速地檢測風(fēng)傳感器中的故障問題。在進(jìn)行室外檢測過程中,檢測儀器上應(yīng)同時(shí)裝置大12針插座以及小12針插座,以便能夠通過連接上風(fēng)電纜信號來檢測傳感器故障,也能夠直接連接室外傳感器中的電源。這樣能夠促使故障檢測儀的應(yīng)用性能合理可靠、方便快捷,還能夠節(jié)省大量的人力物力,快速檢測傳感器中存在的故障問題,使之能夠更好地應(yīng)用在檢測測風(fēng)器過程中。

2.2 測風(fēng)傳感器故障檢測儀的功能設(shè)計(jì)

測風(fēng)傳感器故障檢測儀的設(shè)計(jì)功能應(yīng)包括風(fēng)向的檢測、風(fēng)速的檢測以及檢測儀的自檢。風(fēng)速的檢測設(shè)備要利用檢測儀設(shè)備中的風(fēng)速表,通過風(fēng)速傳感器來顯示瞬時(shí)風(fēng)速數(shù)值,從而明確傳感器電路的工作情況;風(fēng)向的檢測設(shè)備應(yīng)能夠利用檢測儀中的指示數(shù)值,檢測傳感器電路的實(shí)際工作情況;檢測儀的自檢設(shè)備應(yīng)能夠利用檢測傳感器中的風(fēng)速以及風(fēng)向指示,正確顯示電路的實(shí)際工作數(shù)值[2]。測風(fēng)傳感器測試儀中的分度以及風(fēng)向角度則用來檢測傳感器中的風(fēng)向數(shù)值,通過使用風(fēng)速模擬器來帶動(dòng)測風(fēng)傳感器設(shè)施設(shè)備,以便能夠檢測風(fēng)速的實(shí)際數(shù)值,此外,檢測儀的主機(jī)設(shè)備還可以利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù),開發(fā)拓展多功能,利用傳送、數(shù)據(jù)收集處理以及編輯顯示等等功能,為故障檢測儀的后期運(yùn)行提供更精確科學(xué)的測量數(shù)值。

2.3 測風(fēng)傳感器故障檢測儀的主機(jī)硬件設(shè)計(jì)

故障檢測儀的控制核心是主機(jī)硬件,主機(jī)硬件能夠顯示檢測儀的人機(jī)界面,這樣能夠及時(shí)處理主機(jī)界面中的檢測數(shù)值。測風(fēng)傳感器的風(fēng)向角度裝置設(shè)計(jì)應(yīng)注重其合理性,并適當(dāng)配置風(fēng)速模擬器中的電源單元,使其能夠通過控制器中的人機(jī)界面操作指定命令,將驅(qū)動(dòng)器以及相應(yīng)風(fēng)速數(shù)值顯示在交互界面中,從而將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送出去[3]。而在風(fēng)向角度設(shè)計(jì)方面,由于其主要功能是測試傳感器的轉(zhuǎn)速風(fēng)向,這就要求嚴(yán)格控制測量風(fēng)向角度的數(shù)值范圍,將其嚴(yán)控在最小分辨率中。主機(jī)程序方面,應(yīng)注重控制器設(shè)備的核心以及信息處理,保障單片機(jī)部分能夠按照操作按鍵以及交互界面為用戶提供相應(yīng)的服務(wù),從而設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的故障檢測儀主機(jī)硬件。

3 測風(fēng)傳感器故障檢測儀的具體應(yīng)用

測風(fēng)傳感器的故障分類主要包括以下兩種類型,電路方面的故障以及機(jī)械方面的故障。造成機(jī)械方面故障的因素有碼盤的缺損、偏差以及長時(shí)間使用變形等等,造成電路方面故障的因素有光電接收管損壞或者測風(fēng)傳感器中的發(fā)光管損壞,發(fā)光管指示中設(shè)置的方位角度0和240數(shù)值,能夠直接檢測出格雷碼電路信號,并以此來判斷風(fēng)向是否存在方位角度缺失的問題,從而能夠做出有效的故障管控措施。測風(fēng)傳感器故障測試儀檢查風(fēng)向過程中,當(dāng)風(fēng)向檢查方位角度數(shù)值為240時(shí),發(fā)光管應(yīng)處于全部點(diǎn)亮的狀態(tài);當(dāng)指北桿和風(fēng)向傳感器相一致時(shí),方位角度數(shù)值則為0,而發(fā)光管則處于全部熄滅的狀態(tài)。比如,風(fēng)向傳感器的方位角度從0開始轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)一周之后,正常情況下采集器應(yīng)出現(xiàn)方位變化,若是方位沒有出現(xiàn)任何變化,此時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查發(fā)光管的顯示情況,查看發(fā)光管以及相對應(yīng)的格雷碼電路是否一一相對應(yīng),從而發(fā)現(xiàn)格雷碼的光電電路以及方位的故障問題。當(dāng)測風(fēng)傳感器受到自然環(huán)境中的雷擊變化時(shí),采集器應(yīng)及時(shí)顯示出風(fēng)向的異常變化情況,通過故障檢測儀和傳感儀器之間的連接,方位角度從0數(shù)值轉(zhuǎn)向一周,若是發(fā)光管中的數(shù)值管路出現(xiàn)某一路或者某幾路長亮或者不亮的現(xiàn)象,那么可以判定測風(fēng)傳感器出現(xiàn)故障現(xiàn)象或者嚴(yán)重故障[4]。風(fēng)向傳感器遇到雷電問題之后,若是風(fēng)向指標(biāo)不論如何都不轉(zhuǎn)動(dòng),且采集儀器中的顯示數(shù)值沒有任何變化,風(fēng)向標(biāo)受到人工干預(yù),此時(shí)發(fā)光管中的檢測儀器顯示出指示燈全部點(diǎn)亮,這時(shí)可分析得出測風(fēng)傳感器由于受到雷擊情況而產(chǎn)生嚴(yán)重故障問題。這幾種風(fēng)向傳感器中的故障問題能夠通過故障檢測儀及時(shí)檢測出來,這就要求在檢測測風(fēng)傳感器的過程中,需要注重連接相應(yīng)的檢測儀信號插座以及電路電纜,從而達(dá)到有效連接電源的目的。

4 結(jié)語

綜上所述,測風(fēng)傳感器的故障檢測儀設(shè)計(jì)需要注重其工作原理、特征設(shè)計(jì)、主機(jī)硬件設(shè)計(jì)以及功能設(shè)計(jì)方面,以便保障內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性以及功能實(shí)用性,這樣一方面能夠保障檢測儀器及時(shí)發(fā)現(xiàn)測風(fēng)傳感器中存在的故障現(xiàn)象,又能夠有效提升相應(yīng)領(lǐng)域的整體建設(shè)發(fā)展。故障檢測儀器還需要突破外界環(huán)境的局限性,同時(shí)在室內(nèi)以及室外都能夠正常使用,該儀器能夠方便工作人員快速檢測出傳感器中存在的故障問題,及時(shí)有效避免由于故障問題導(dǎo)致傳感器中產(chǎn)生的數(shù)值差異以及誤差過大,從而進(jìn)一步提升后期工作的故障排查效率。