Publication: Sistema multiplexado de adquisición de señales ultrasónicas con aplicación en emisión acústica de descargas parciales
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Publication date
2009-10
Defense date
2009
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Abstract
El presente proyecto se sitúa dentro del área de la instrumentación electrónica,
más concretamente en la adquisición de señales de emisiones acústicas (EA)
procedentes de descargas parciales (DP).
Los sistemas de mantenimiento predictivo de máquinas eléctricas y de
transformadores requieren un diagnóstico de la degradación de sus materiales
(aislamientos, aceite, conductores) que permite indicar su grado de envejecimiento.
Entre las fuentes de diagnóstico destacan las descargas parciales y los impulsos de
ultrasonidos que producen. Los aspectos esenciales de la descarga son su amplitud y la
localización de su procedencia. La detección de ultrasonidos aporta ambas
informaciones de la descarga.
En este caso, las señales a adquirir son emitidas por una fuente móvil en el
interior de un tanque de agua, como primera aproximación a la detección de EA de DP
en cubas de aceite de transformadores. Dichas señales se hallan en la banda de
frecuencias de los ultrasonidos, con frecuencias entorno a los 150 kHz. Para conseguir
una localización de la fuente se emplean varios sensores piezoeléctricos sobre la pared
exterior del tanque, proporcionando múltiples entradas al sistema de adquisición.
Para realizar la adquisición de estas señales se dispone de un módulo de
adquisición Cleverscope CS328A de dos canales analógicos simultáneos de 100 MSps
cada uno y con una resolución de 14 bits. Este módulo ha sido diseñado por el
fabricante con el fin de trabajar a modo de osciloscopio conectado a un PC a través de
USB.
Los objetivos del proyecto son aprovechar la elevada frecuencia de muestreo del
módulo para adquirir señales procedentes de varios sensores por cada canal y así
multiplicar el número de entradas del sistema de adquisición. Por otro lado, se busca un
instrumento virtual capaz de comunicarse con dicho módulo y adaptado a la aplicación,
es decir, capaz de controlar la adquisición, visualización y análisis de las señales.
Para conseguir explotar la capacidad de adquisición de cada canal del módulo, se
han implementado dos circuitos impresos diseñados con la herramienta OrCAD. Uno de
ellos se encarga de realizar una multiplexación analógica de 4 canales a uno con un gran
ancho de banda y a alta velocidad, para lo cual se ha realizado una exploración de los
multiplexores en el mercado. El otro proporciona la serial de reloj capaz de controlar la
conmutación del multiplexor. Este último se ha empotrado y cerrado en el módulo de
adquisición y permite extraer un reloj síncrono de 50 MHz.
En cuanto a la instrumentación virtual, se ha desarrollado un instrumento virtual
cerrado en el entorno LabVIEW para posibilitar una adquisición, análisis y
visualización flexibles y totalmente controlables por el usuario. Este instrumento es capaz de establecer tiempos de vuelo de las señales por el tanque de agua, en función
del umbral de detección.
Tras el estudio de los tiempos de conmutación mínimos de los multiplexores
analógicos se ha encontrado un límite de 6 ns dados por el mux IDT QS4A210. Aunque
el tiempo de establecimiento de las muestras obtenido a la salida del multiplexor en
nuestro circuito ha sido entorno a 90 ns.
Por último, destacar el elevado número de parámetros de adquisición que han
sido necesarios estudiar y adaptar a nuestra aplicación gracias a los cuales se ha
conseguido dotar al módulo de adquisición de una funcionalidad específica, distinta a la
suministrada por el fabricante como osciloscopio.
Description
Keywords
Instrumentación electrónica, Transformadores, Mantenimiento predictivo