[发明专利]一种海洋能发电装置扭矩监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋能发电装置扭矩监测系统，特别是涉及一种非稳压条件下发电装置扭矩监测A/D转换误差补偿电路和补偿方法，属于海洋能发电和电子测量交叉领域。

背景技术

对海洋离岸发电系统机械装置输出扭矩、转速等机械参数的远程监测，不仅可以及时掌握其工作状态，并且对设备的故障诊断、发电效率监测等均具有重要的意义。

为了监测海洋能发电装置中的机械装置输出的扭矩的大小可在动力输出轴和发电机之间安装非平衡电桥式扭矩传感器，通过A/D采集通道输入到嵌入式CPU中，由CPU将扭矩测量结果通过GPS或者GPRS通信模块发送到岸基监测站上。

由于海洋能发电装置的机械系统工作在海上，离岸距离较远，为了节约成本，监测系统的供电通常采用“就地取能”的方式，即利用海洋能发电装置发出的电对监测系统供电。受波浪或海流条件的影响，发电装置发出的电是不稳定的，即使使用稳压器稳压后，电压波动幅值的幅值仍然较大。由于非平衡电桥式扭矩传感器的输出信号、A/D转换器的输出结果分别会受到供桥电压和A/D转换基准电压的影响，可能造成较大的测量误差。因此如何补偿测量误差对测量结果的影响，是实现扭矩高精度测量的关键。

为了减小A/D转换的误差值，有人提出了一些A/D转换电路误差修正的方法，例如专利JP2006-204868 A、CN201110082530.1。其中专利JP2006-204868 A利用修正用基准电压进行A/D转换，根据修正用基准电压经过模数转换获得的测量值求出A/D转换误差值，将需要模数转换的模拟电压输入此A/D转换电路，通过A/D转换误差值对转换得到的数字值进行误差修正。这种方法将一种基准电压下的误差修正值应用于整个测量范围，特别是没有考虑A/D转换器上的基准电压波动对A/D测量结果的影响。专利CN201110082530.1在标准电源电压情况下，对基准电压进行A/D转换得到第一转换值，对A/D转换电路供给波动电压时，对基准电压进行A/D转换得到第二转换值，通过第一、第二转换值算出电压变动，利用电压变动值对模拟信号进行A/D转换得到的测量值进行误差修正。这种方法考虑了供给A/D转换芯片的电源电压波动对测量值的影响，但是同样没有考虑基准电压的电压波动对非平衡电桥供电电压的影响。以上均是补偿A/D转换器的量子化误差（又称特性误差），事实上基准电压的波动直接影响测量结果，特别是对海洋能发电装置扭矩监测系统，由于其直接使用发电装置发出的电进行供电，输出电压波动大，扭矩测量误差大。

发明内容

基于现有技术存在的上述问题和不足，本发明针对海洋能发电装置扭矩监测误差进行补偿，修正由于测量电桥供电电压和A/D转换基准电压波动造成的测量误差。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种海洋能发电装置扭矩监测系统，其中所述发电装置包括发电设备的动力输出轴、发电机、海上变电系统，所述监测系统包括扭矩传感器、供桥电压稳压器、放大器、第一A/D转换器芯片、第二A/D转换器芯片、CPU、1/k分压电路、电源及A/D转换基准电压稳压器、远程无线数据通信设备；

所述扭矩传感器安装在动力输出轴与发电机之间，扭矩传感器通过放大器输出传感器输出电压U_i至第一A/D转换器芯片；发电机输出电能至海上变电系统，海上变电系统与供桥电压稳压器和电源及A/D转换基准电压稳压器相连，供桥电压稳压器输出端连接1/k分压电路，输出供桥电压分压U_k至第二A/D转换器芯片，CPU控制第一A/D转换器芯片、第二A/D转换器芯片对U_i和U_k进行同时采样和A/D转换，CPU进行扭矩测量误差补偿后，将扭矩传感器的测量结果通过远程无线数据通信设备发送到岸基监控站。

进一步地，所述扭矩传感器为应变电桥式扭矩传感器，所述供桥电压稳压器输出的供桥电压Ug为扭矩传感器内部的电桥提供电桥输入电压，所述电源及A/D转换基准电压稳压器输出电源电压U_c和A/D转换基准电压U_r,其中电源电压U_c为第一A/D转换器芯片、第二A/D转换器芯片、CPU和远程无线数据通信设备供电；所述A/D转换基准电压U_r为第一A/D转换器芯片与第二A/D转换器芯片提供基准电压。