一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置及方法
【專利摘要】一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，用于測量電機轉(zhuǎn)子的溫度，電機轉(zhuǎn)子內(nèi)為電機轉(zhuǎn)子軸，包括若干個中心頻率不同的光纖光柵溫度傳感器、電機內(nèi)部傳輸光纖、開設(shè)在電機轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的光纖通道、光纖旋轉(zhuǎn)連接器、電機外部傳輸光纖、光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，本發(fā)明提出防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置及方法，采用光譜測量，防爆電機內(nèi)部全部為光信號，從原理上避免了防爆電機內(nèi)部強電磁干擾的影響，測量精度高。
【專利說明】
一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防爆電機，屬于防爆電機測試【技術(shù)領(lǐng)域】，可廣泛應(yīng)用于防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量、防爆電機溫度場測試、防爆電機溫度監(jiān)控及故障診斷。

【背景技術(shù)】
[0002]防爆電機工作時內(nèi)部溫度會升高，使其絕緣材料加速老化、效率降低，嚴重的可引起電機故障。溫度是防爆電機的重要參數(shù)之一，在防爆電機的設(shè)計、研究、測試和運行等多個環(huán)節(jié)都需要測量其溫度。防爆電機溫度測量對優(yōu)化設(shè)計、提高性能具有十分重要的意義。防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量是其溫度測量的難點。
[0003]目前國內(nèi)研究機構(gòu)對電機轉(zhuǎn)子溫度測量提出了一些方法，主要有:哈爾濱電機廠有限責任公司的茍智德等人用測量轉(zhuǎn)子電阻的方式計算轉(zhuǎn)子的溫度；上海交通大學電力學院的張鎮(zhèn)翰采用Pt10熱敏電阻通過R-F變換，將信號通過導(dǎo)電滑環(huán)傳輸，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫度測量；中廣核工程有限公司的任鵬輝通過在勵磁機定子的磁極之間裝設(shè)探測線圈，在勵磁機轉(zhuǎn)子軸上安裝測量滑環(huán)。測量轉(zhuǎn)子電壓、電流得到轉(zhuǎn)子溫度；海軍工程大學艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點實驗室的易新強等人用PtlOO電阻作為溫度傳感器，在轉(zhuǎn)子的軸上安裝溫度采集裝置，通過無線方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至附近的接收裝置，再通過USB接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子溫度的測量。
[0004]上述這些方法無論是直接測量還是間接測量都是采用的電測法，受電機內(nèi)部強電磁環(huán)境的干擾，測量精度不高。
[0005]福建水口發(fā)電集團有限公司的吳藝輝等人將高速、高精度的紅外測溫傳感器安裝在發(fā)電機定子上，實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)子每個磁極的溫度測量。但是紅外探頭的尺寸較大無法應(yīng)用于中小型電機。另外紅外溫度探測器的工作溫度范圍大都小于60°C，無法長期工作于具有較高溫度的電機內(nèi)部。
[0006]焦作大學的岳優(yōu)蘭根據(jù)砷化鎵半導(dǎo)體的光吸收特性，設(shè)計了一種新型的發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度測量系統(tǒng)，將砷化鎵半導(dǎo)體片貼在發(fā)電機轉(zhuǎn)子表面，光源通過照射光纖照射砷化鎵半導(dǎo)體片，反射的光經(jīng)過測量光纖引入到測量系統(tǒng)，通過檢測邊帶波長的變化可以測量溫度。照射光纖與測量光纖都安裝在發(fā)電機定子上。半導(dǎo)體吸收式光纖測溫雖然不受電磁干擾的影響，但是受與光纖的耦合條件，發(fā)光管、接收管的溫度特性，半導(dǎo)體材料制備工藝等諸多因素的影響，其測量精度并不高，無法滿足電機轉(zhuǎn)子溫度測試需求。此外，在實際使用時由于砷化鎵片外包有保護性材料，其響應(yīng)速度慢，不適合在工作狀態(tài)下的電機轉(zhuǎn)子溫度測量。
[0007]由于防爆電機具有強電磁干擾、氣隙小、空間狹小、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動等多種特性，并且需要內(nèi)外電信號隔離，傳統(tǒng)的熱敏電阻測溫、紅外測溫等多種方法均無法滿足其測量需求，防爆電機內(nèi)部溫度測量特別是防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量一直是防爆電機研究領(lǐng)域面臨的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置及方法，測量裝置用于實現(xiàn)對防爆電機轉(zhuǎn)子溫度的測量，測量方法用于解決防爆電機轉(zhuǎn)子溫度的高精度測量難題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，用于測量電機轉(zhuǎn)子的溫度，電機轉(zhuǎn)子內(nèi)為電機轉(zhuǎn)子軸，包括若干個中心頻率不同的光纖光柵溫度傳感器、電機內(nèi)部傳輸光纖、開設(shè)在電機轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的光纖通道、光纖旋轉(zhuǎn)連接器、電機外部傳輸光纖、光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，光纖光柵溫度測量系統(tǒng)包括光纖光柵解調(diào)儀和計算機，光纖光柵溫度傳感器安裝在防爆電機轉(zhuǎn)子上，光纖光柵溫度傳感器通過光纖連接在一起并連接到防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸入端，防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸出端經(jīng)過電機轉(zhuǎn)子軸上的徑向孔和軸向孔引入到光纖旋轉(zhuǎn)連接器的轉(zhuǎn)子端，光纖旋轉(zhuǎn)連接器的定子端通過防爆電機外部傳輸光纖與基于波分復(fù)用方法的光纖光柵溫度測量系統(tǒng)相連接；光纖光柵溫度傳感器之間采用采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合中的任意一種連接方式。
[0010]光纖光柵溫度傳感器包括外層的光纖包層，光纖包層內(nèi)為光纖纖芯和光纖光柵，所述光纖光柵位于中間，光纖光柵的兩端均為光纖纖芯。
[0011]光纖旋轉(zhuǎn)連接器與防爆電機轉(zhuǎn)子軸同軸安裝。
[0012]光纖通道包括徑向小孔和軸向小孔。
[0013]采用所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置的測量方法，在電機轉(zhuǎn)子上依次設(shè)置第一個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第η個光纖光柵溫度傳感器，光纖光柵溫度測量系統(tǒng)內(nèi)部寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)防爆電機外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器與防爆電機內(nèi)部傳輸光纖到達第η個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第一個光纖光柵溫度傳感器，第一個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第η個光纖光柵溫度傳感器可以根據(jù)安裝需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合中的任一種連接方式；每一個光纖光柵溫度傳感器反射的含有溫度信息的光信號按原路返回到光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過對光譜的測量分析，可以得到每一個光纖光柵溫度傳感器所在位置的溫度；光纖光柵解調(diào)儀采用光纖光柵傳感分析儀，在計算機上安裝與該光纖光柵傳感分析儀配套的溫度測量軟件；光纖光柵傳感分析儀中的寬帶光源發(fā)出的光，經(jīng)過外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器和內(nèi)部傳輸光纖，到達各個光纖光柵溫度傳感器；寬帶光入射到光纖光柵溫度傳感器，與傳感器中心頻率相同的光被光柵反射，與傳感器中心頻率不同的光直接穿過光柵，透射而出，透射光經(jīng)過連接光纖到達其它的光纖光柵傳感器，光纖光柵的中心頻率對溫度敏感，即溫度變化能夠引起光纖光柵中心頻率的變化，反射光波長變化量Λ是溫度的函數(shù):A=f (t)，其中t為時間，通過光纖光柵傳感分析儀測量光纖光柵反射光的頻譜，計算機測量軟件將頻譜變化量轉(zhuǎn)換為溫度，得到光纖光柵傳感器所處位置的溫度；因為選用的各個光纖光柵傳感器的中心頻率不同，所以各個光纖光柵傳感器相互之間光譜測量互不影響，光纖光柵傳感分析儀采用波分復(fù)用的方法，分別測量各個光纖光柵傳感器的頻譜變化，結(jié)合計算機測量軟件，分別測量防爆電機轉(zhuǎn)子上各個點的溫度，實現(xiàn)防爆電機轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)的多點溫度測量。
[0014]光纖光柵解調(diào)儀采用8通道光纖光柵傳感分析儀。
[0015]本發(fā)明具有以下特點及良好效果:
1.本發(fā)明提出防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置及方法，采用光譜測量，防爆電機內(nèi)部全部為光信號，從原理上避免了防爆電機內(nèi)部強電磁干擾的影響，測量精度高。
[0016]2.本發(fā)明所提的光纖光柵溫度傳感器及傳輸光纖的直徑非常小，適裝性非常好。
[0017]3.本發(fā)明所提測量方法可以實現(xiàn)防爆電機轉(zhuǎn)子多點溫度測量。
[0018]4.本發(fā)明所提測量方法采用光纖傳輸光信號，實現(xiàn)了電機內(nèi)外的電氣隔離，不損害防爆電機的防爆性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量原理圖；
圖2是本發(fā)明實施例示某型電機轉(zhuǎn)子多點溫度測量原理圖；
圖3是光纖光柵傳感器75意圖；
圖4是光纖光柵傳感器的光譜圖，4-a為入射光的光譜，4-b為反射光的光譜，4-c為溫度變化引起的光譜變化量，4-d為透射光的光譜；
其中:1_第一個光纖光柵溫度傳感器、2-第二個光纖光柵溫度傳感器、3-第η個光纖光柵溫度傳感器、4-電機內(nèi)部傳輸光纖、5-徑向小孔、6-軸向小孔、7-光纖旋轉(zhuǎn)連接器、8-電機外部傳輸光纖、9-光纖光柵溫度測量系統(tǒng)、10-光纖光柵解調(diào)儀、11-計算機、12-電機后端軸承、13-電機定子、14-電機前端軸承、15-光纖包層、16-光纖纖芯、17-光纖光柵，18-電機轉(zhuǎn)子，19-電機轉(zhuǎn)子軸。

【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提出一種基于波分復(fù)用原理的光纖光柵防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量方法。如圖1、2所示，電機包括電機轉(zhuǎn)子軸19，電機轉(zhuǎn)子軸19的前端和后端與電機殼連接處分別設(shè)有電機前端軸承14和電機后端軸承12，電機的中間位置設(shè)有電機定子13和位于電機定子13中間的電機轉(zhuǎn)子18。
[0021]防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量方法采用的測量裝置包括:若干個光纖光柵溫度傳感器、電機內(nèi)部傳輸光纖4、開設(shè)在電機轉(zhuǎn)子軸19內(nèi)的徑向小孔5和軸向小孔6、連接在電機轉(zhuǎn)子軸端部的光纖旋轉(zhuǎn)連接器7、電機外部傳輸光纖8、光纖光柵溫度測量系統(tǒng)9、光纖光柵解調(diào)儀10和計算機11。
[0022]第一個光纖光柵溫度傳感器1、第二個光纖光柵溫度傳感器2、…、第η個光纖光柵溫度傳感器3安裝在防爆電機轉(zhuǎn)子18上，通過連接光纖連接在一起并連接到防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸入端，防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸出端經(jīng)過電機轉(zhuǎn)子軸19上的徑向孔5和軸向孔6引入到光纖旋轉(zhuǎn)連接器7的轉(zhuǎn)子端，光纖旋轉(zhuǎn)連接器7的定子端通過防爆電機外部傳輸光纖8與光纖光柵溫度測量系統(tǒng)相連接；
光纖光柵溫度測量系統(tǒng)內(nèi)部寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)防爆電機外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器與防爆電機內(nèi)部傳輸光纖到達第η個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第一個光纖光柵溫度傳感器，第一個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第η個光纖光柵溫度傳感器可以根據(jù)安裝需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合等連接方式。
[0023]每一個光纖光柵溫度傳感器反射的含有溫度信息的光信號按原路返回到光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過對光譜的測量分析，可以得到每一個光纖光柵溫度傳感器所在位置的溫度。
[0024]光纖旋轉(zhuǎn)連接器7與防爆電機轉(zhuǎn)子18軸同軸安裝。
[0025]光纖光柵溫度傳感器數(shù)量η是靈活的，可以根據(jù)測量需要確定。
[0026]本發(fā)明實施例如圖2所示，光纖光柵溫度傳感器選用深圳太辰光通信股份有限公司的SEN-T-11，該傳感器的直徑為1.5mm，根據(jù)測試需要選取了 10個中心頻率不同的傳感器，并通過光纖熔接機將這些傳感器串聯(lián)在一起。光纖旋轉(zhuǎn)連接器深圳市森瑞普電子有限公司的SNF0-1A。解調(diào)儀選用太辰光的TS-W1-80 8通道光纖光柵傳感分析儀，在計算機上安裝與其配套的溫度測量軟件。
[0027]測量之前，將10個SEN-T-11型光纖光柵溫度傳感器安裝到被測電機轉(zhuǎn)子表面的預(yù)定位置，并通過電機內(nèi)部的傳輸光纖與SNF0-1A型光纖旋轉(zhuǎn)連接器的轉(zhuǎn)子端接口相連。光纖旋轉(zhuǎn)連接器的定子端通過外部傳輸光纖與TS-W1-80型光纖光柵傳感分析儀相連。TS-W1-80通過USB接口與計算機連接。
[0028]如圖3所示，光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)為外層為光纖包層15、內(nèi)部為光纖纖芯16,光纖纖芯16中間為光纖光柵17 (簡稱光柵)。
[0029]測量時,S-WI_80型光纖光柵傳感分析儀中的寬帶光源發(fā)出的光，經(jīng)過外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器和內(nèi)部傳輸光纖，到達10個光纖光柵溫度傳感器。光譜如圖4-a所示的寬帶光入射到光纖光柵溫度傳感器，與傳感器中心頻率相同的光被光柵17反射，反射光光譜如圖4-b所示；與傳感器中心頻率不同的光直接穿過光柵17，透射而出，透射光譜如圖4-d所示；透射光經(jīng)過光纖光柵傳感器之間的連接光纖到達其它的光纖光柵傳感器。光纖光柵17的中心頻率對溫度敏感，即溫度變化能夠引起光纖光柵中心頻率的變化，如圖4-c所示，反射光波長變化量△是溫度的函數(shù):
A=f(t)
通過S-W1-80型光纖光柵傳感分析儀測量光纖光柵反射光的頻譜，計算機測量軟件將頻譜變化量轉(zhuǎn)換為溫度，就可以得到光纖光柵傳感器所處位置的溫度。在本實施例中，因為選用10個光纖光柵傳感器的中心頻率不同，所以相互之間光譜測量互不影響，S-W1-80型光纖光柵傳感分析儀采用波分復(fù)用的方法，分別測量10個傳感器的頻譜變化，結(jié)合計算機測量軟件，就可以分別測量防爆電機轉(zhuǎn)子上10個點的溫度，實現(xiàn)防爆電機轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)的多點溫度測量。
[0030]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明范圍，本發(fā)明的保護范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，用于測量電機轉(zhuǎn)子的溫度，電機轉(zhuǎn)子內(nèi)為電機轉(zhuǎn)子軸，其特征在于:包括若干個中心頻率不同的光纖光柵溫度傳感器、電機內(nèi)部傳輸光纖、開設(shè)在電機轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的光纖通道、光纖旋轉(zhuǎn)連接器、電機外部傳輸光纖、光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，光纖光柵溫度測量系統(tǒng)包括光纖光柵解調(diào)儀和計算機，光纖光柵溫度傳感器安裝在防爆電機轉(zhuǎn)子上，光纖光柵溫度傳感器通過光纖連接在一起并連接到防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸入端，防爆電機內(nèi)部傳輸光纖的輸出端經(jīng)過電機轉(zhuǎn)子軸上的徑向孔和軸向孔引入到光纖旋轉(zhuǎn)連接器的轉(zhuǎn)子端，光纖旋轉(zhuǎn)連接器的定子端通過防爆電機外部傳輸光纖與基于波分復(fù)用方法的光纖光柵溫度測量系統(tǒng)相連接；光纖光柵溫度傳感器之間采用采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合中的任意一種連接方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，其特征在于:光纖光柵溫度傳感器包括外層的光纖包層，光纖包層內(nèi)為光纖纖芯和光纖光柵，所述光纖光柵位于中間，光纖光柵的兩端均為光纖纖芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，其特征在于:光纖旋轉(zhuǎn)連接器與防爆電機轉(zhuǎn)子軸同軸安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置，其特征在于:光纖通道包括徑向小孔和軸向小孔。
5.采用如權(quán)利要求1所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量裝置的測量方法，其特征在于:在電機轉(zhuǎn)子上依次設(shè)置第一個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第II個光纖光柵溫度傳感器，光纖光柵溫度測量系統(tǒng)內(nèi)部寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)防爆電機外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器與防爆電機內(nèi)部傳輸光纖到達第II個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第一個光纖光柵溫度傳感器，第一個光纖光柵溫度傳感器、第二個光纖光柵溫度傳感器、…、第II個光纖光柵溫度傳感器可以根據(jù)安裝需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合中的任一種連接方式；每一個光纖光柵溫度傳感器反射的含有溫度信息的光信號按原路返回到光纖光柵溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過對光譜的測量分析，可以得到每一個光纖光柵溫度傳感器所在位置的溫度；光纖光柵解調(diào)儀采用光纖光柵傳感分析儀，在計算機上安裝與該光纖光柵傳感分析儀配套的溫度測量軟件；光纖光柵傳感分析儀中的寬帶光源發(fā)出的光，經(jīng)過外部傳輸光纖、光纖旋轉(zhuǎn)連接器和內(nèi)部傳輸光纖，到達各個光纖光柵溫度傳感器；寬帶光入射到光纖光柵溫度傳感器，與傳感器中心頻率相同的光被光柵反射，與傳感器中心頻率不同的光直接穿過光柵，透射而出，透射光經(jīng)過連接光纖到達其它的光纖光柵傳感器，光纖光柵的中心頻率對溫度敏感，即溫度變化能夠引起光纖光柵中心頻率的變化，反射光波長變化量匕是溫度的函數(shù):八寸“)，其中〖為時間，通過光纖光柵傳感分析儀測量光纖光柵反射光的頻譜，計算機測量軟件將頻譜變化量轉(zhuǎn)換為溫度，得到光纖光柵傳感器所處位置的溫度；因為選用的各個光纖光柵傳感器的中心頻率不同，所以各個光纖光柵傳感器相互之間光譜測量互不影響，光纖光柵傳感分析儀采用波分復(fù)用的方法，分別測量各個光纖光柵傳感器的頻譜變化，結(jié)合計算機測量軟件，分別測量防爆電機轉(zhuǎn)子上各個點的溫度，實現(xiàn)防爆電機轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)的多點溫度測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防爆電機轉(zhuǎn)子溫度測量方法，其特征在于:光纖光柵解調(diào)儀采用8通道光纖光柵傳感分析儀。
【文檔編號】G01K11/32GK104374491SQ201410706319
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】郭俊杰, 吳宣東, 吳波, 趙強, 單圓圓 申請人:南陽防爆集團股份有限公司