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传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
2016年第35卷第10期
D0I:10.13873/J.10009787(2016 )10010003
压电式加速度传感器振动信号采集系统
高立慧，赵振刚，张长胜，李英娜，李川
（昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500）
摘要：针对变压器产生的振动信号的特征，设计了一种基于压电式加速度传感器的变压器报动信号采集系统。以振动控制台为试验对象，利用此系统对控制台输出的振动信号进行采集，并用快速傅里叶变换对采集到的振动信号进行分析。实验结果表明：该系统将压电式加速度传感器输出的电荷信号转换成了
标准的电压信号，能够准确、实时地采集报动信号，为变压器故障在线监测奠定了基础。关键词：压电式加速度传感器；报动；信号采集
中图分类号：TP212
文嵌标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)10-010003
Research on vibration signal acquisition system
based on piezoelectric acceleration sensor GAO Li-hui, ZHAO Zhen-gang, ZHANG Chang-sheng, LI Ying-na, LI Chuan(Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science
and Technology,Kunming 650500, China )
Abstract: Design a vibration signal acquisition system of transformer based on piezoelectric acceleration sensor aiming at characteristics of vibration signals generated by transformer. Taking vibration console as test object, acquire vibration signal by this system output by console and use fast Fourier transform( FFT ) to analyze collected vibration signal. Test results shows that the system converts charge signal output by piezoelectric acceleration sensor to standard voltage signal and it can accurately and real-time capture vibration signals, which lay foundation for transformer fault on line monitoring.
Key words: piezoelectric acceleration sensor; vibration; signal acquisition
0引言
在变压器运行时，由于内部结构受到磁滞伸缩效应等影响会发生共振，导致振幅过大，进而可能造成变压器铁、绕组松动变形和噪声过大等问题，所以需要对变压器进行振动监测12)。在美国、俄罗斯及加拿大等国对通过在线监测变压器的振动来反映变压器绕组和铁芯状况的方法进行了一定的研究[3.4]。浙江大学林爱弟等人利用电荷放大器组建的一种光电传输系统，实现报动信号采集的电隔离，证明了该光电传输系统具有较大的线性度和幅频特性(5]。陆兆峰等人利用压电式加速度传感器，设计了应用于压路机振动信号测量系统，将采集到的数据实时显示、存储、分析和处理“」。通过传感器测量油箱表面上的振动信号，整个测量系统与电力系统没有电气连接，对电网的正常运行也无任何影响7."），能够安全、可靠地达到在线监测的目的。
收稿日期：2015-11-12
本文根据变压器振动信号的特征，设计了一种基于压
电式加速度传感器的振动信号采集系统，再以振动控制台为测试对象，利用此系统对控制台输出的报动信号进行采集，并用快速傅里叶变换对采集到的振动信号进行分析，验证了系统方案的可行性
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压电式加速度传感器测振原理
压电式加速度传感器是以压电效应为转换原理制成的
当压电晶体片受力时，晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷，由于品体片的绝缘电阻很高，因此，压电晶体片相当于
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只平行板电容器*),其电容量为C,：
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，如图1所示。
晶体片上产生的电压量与作用力的关系为
号_dde_dd-AFAF.hin ar e,
(1)
式中ε为压电晶体的介电常数；4为晶体片的面积；d为
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51567013)；昆明理工大学人才培养基金资助项目（KKSY201303004)；云南省应用基础研究计划资（