測風傳感器故障檢測儀的設計與應用

孫丹丹

(哈爾濱職業技術學院,黑龍江 哈爾濱 150000)

1 測風系統中的傳感器分類

1.1 風速傳感器

測風傳感器主要包括風速傳感器、風向傳感器等,風速傳感器的特點體現在具有高可靠性、高精度,是現階段測量風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,能夠精確測量風量以及風速,因而在農業、林業以及氣象等領域中得到了廣泛的應用,尤其在室外環境中長期使用。風速傳感器能夠綜合考慮現場環境的不同情況,選用出相應的風速傳感器,但尤其需要注意的是應避免在可燃氣體環境中使用此儀器設備。風速傳感器的功能特點包括合理分配設備重量以及設備結構,采用高性能軸承以及底部出線方式,避免出現設備老化問題,但仍需使用防水零部件設備來完善傳感器,從而使其能夠具備響應敏捷以及轉動慣量小的特征[1]。與此同時,風向傳感器在使用過程中,還需高度關注旋轉軸線以及兩翼前后板的方向保持一致性,以此來平衡風標設備的前后重量,若是風速傳感器出現異常聲音或者出現異常氣味時,還需及時進行檢查以及更換,從而保障風速傳感器的正常有序運轉。以ZQZ TF型風速傳感器為例,通過風杯組件的主軸旋轉以及水平風力的啟動運行,使用霍爾開關電路元件從傳感器中感應出相應的信號頻率,基于線性增加的特征和原理,以此來得出精確的風速數據[2]。

1.2 風向傳感器

風向傳感器主要通過轉動探測的方式來感知風向,利用感應元件來運行碼盤以及主軸,通過物理裝置設備來輸出相應的風向數值,還能夠測量外界環境中的周圍風向,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、林業農業以及氣象等領域得到了廣泛的應用發展,風向傳感器的主要裝置構件包括傳輸電纜、風杯以及傳感器主機等設備,較強的電壓保護能力以及抗電磁干擾能力保障主機能夠在潮濕環境中正常運行。風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行轉換,以便能夠通過輸出電壓信號來顯示相應的風向數值。同時,風向傳感器系統能夠通過數字處理技術以及節能環保設計技術來保障檢測數值的高精確度,其特點還體現在具有防腐蝕、防水以及高耐性特征,系統數據信息還具有較強的抗干擾能力,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,促使風向傳感器的內部結構設計性能可靠,并精確定位風向,利用系統中的接口設備將風向信息傳輸至后臺,以便形成傳感器的定位絕對。

2 測風傳感器故障檢測儀的設計

2.1 測風傳感器故障檢測儀的特性設計

測風傳感器的故障檢測儀應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。檢測儀的電源設備最優選用+5 V電源,并使其能夠連接多種電源,這樣的設計特性既能夠通過市電轉換或者設備中的計算機電源來獲得可使用電源,又能夠直接使用檢測儀設備中的電源,以便能夠更高效快速地檢測風傳感器中的故障問題。在進行室外檢測過程中,檢測儀器上應同時裝置大12針插座以及小12針插座,以便能夠通過連接上風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用性能合理可靠、方便快捷,還能夠節省大量的人力物力,快速檢測傳感器中存在的故障問題,使之能夠更好地應用在檢測測風器過程中。

2.2 測風傳感器故障檢測儀的功能設計

測風傳感器故障檢測儀的設計功能應包括風向的檢測、風速的檢測以及檢測儀的自檢。風速的檢測設備要利用檢測儀設備中的風速表,通過風速傳感器來顯示瞬時風速數值,從而明確傳感器電路的工作情況;風向的檢測設備應能夠利用檢測儀中的指示數值,檢測傳感器電路的實際工作情況;檢測儀的自檢設備應能夠利用檢測傳感器中的風速以及風向指示,正確顯示電路的實際工作數值[2]。測風傳感器測試儀中的分度以及風向角度則用來檢測傳感器中的風向數值,通過使用風速模擬器來帶動測風傳感器設施設備,以便能夠檢測風速的實際數值,此外,檢測儀的主機設備還可以利用計算機信息技術,開發拓展多功能,利用傳送、數據收集處理以及編輯顯示等等功能,為故障檢測儀的后期運行提供更精確科學的測量數值。

2.3 測風傳感器故障檢測儀的主機硬件設計

故障檢測儀的控制核心是主機硬件,主機硬件能夠顯示檢測儀的人機界面,這樣能夠及時處理主機界面中的檢測數值。測風傳感器的風向角度裝置設計應注重其合理性,并適當配置風速模擬器中的電源單元,使其能夠通過控制器中的人機界面操作指定命令,將驅動器以及相應風速數值顯示在交互界面中,從而將轉速數據及時發送出去[3]。而在風向角度設計方面,由于其主要功能是測試傳感器的轉速風向,這就要求嚴格控制測量風向角度的數值范圍,將其嚴控在最小分辨率中。主機程序方面,應注重控制器設備的核心以及信息處理,保障單片機部分能夠按照操作按鍵以及交互界面為用戶提供相應的服務,從而設計出科學合理的故障檢測儀主機硬件。

3 測風傳感器故障檢測儀的具體應用

測風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械方面的故障。造成機械方面故障的因素有碼盤的缺損、偏差以及長時間使用變形等等,造成電路方面故障的因素有光電接收管損壞或者測風傳感器中的發光管損壞,發光管指示中設置的方位角度0和240數值,能夠直接檢測出格雷碼電路信號,并以此來判斷風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。測風傳感器故障測試儀檢查風向過程中,當風向檢查方位角度數值為240時,發光管應處于全部點亮的狀態;當指北桿和風向傳感器相一致時,方位角度數值則為0,而發光管則處于全部熄滅的狀態。比如,風向傳感器的方位角度從0開始轉動,轉動一周之后,正常情況下采集器應出現方位變化,若是方位沒有出現任何變化,此時應及時檢查發光管的顯示情況,查看發光管以及相對應的格雷碼電路是否一一相對應,從而發現格雷碼的光電電路以及方位的故障問題。當測風傳感器受到自然環境中的雷擊變化時,采集器應及時顯示出風向的異常變化情況,通過故障檢測儀和傳感儀器之間的連接,方位角度從0數值轉向一周,若是發光管中的數值管路出現某一路或者某幾路長亮或者不亮的現象,那么可以判定測風傳感器出現故障現象或者嚴重故障[4]。風向傳感器遇到雷電問題之后,若是風向指標不論如何都不轉動,且采集儀器中的顯示數值沒有任何變化,風向標受到人工干預,此時發光管中的檢測儀器顯示出指示燈全部點亮,這時可分析得出測風傳感器由于受到雷擊情況而產生嚴重故障問題。這幾種風向傳感器中的故障問題能夠通過故障檢測儀及時檢測出來,這就要求在檢測測風傳感器的過程中,需要注重連接相應的檢測儀信號插座以及電路電纜,從而達到有效連接電源的目的。

4 結語

綜上所述,測風傳感器的故障檢測儀設計需要注重其工作原理、特征設計、主機硬件設計以及功能設計方面,以便保障內部結構設計的科學合理性以及功能實用性,這樣一方面能夠保障檢測儀器及時發現測風傳感器中存在的故障現象,又能夠有效提升相應領域的整體建設發展。故障檢測儀器還需要突破外界環境的局限性,同時在室內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,及時有效避免由于故障問題導致傳感器中產生的數值差異以及誤差過大,從而進一步提升后期工作的故障排查效率。