專利名稱：用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)端部繞組的狀態(tài)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)，并且更具體地涉及通過(guò)獲得通過(guò)纖維光學(xué)管道的 用于監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)的多個(gè)測(cè)量值來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在發(fā)電領(lǐng)域中使用的發(fā)電機(jī)包括定子繞組，其具有被壓到基體(具體而言是層壓 定子芯或轉(zhuǎn)子主體)內(nèi)的槽中的大量導(dǎo)體或者定子線棒。這樣的發(fā)電機(jī)意味著非常昂貴并 且是長(zhǎng)期投資。它的故障不僅會(huì)危害到動(dòng)力器械本身，而且也可能會(huì)由于與維修相關(guān)的停 機(jī)時(shí)間而導(dǎo)致非常嚴(yán)峻的服役時(shí)間縮減。為了避免這樣的情況，更多地使用診斷系統(tǒng)對(duì)缺 陷進(jìn)行早期識(shí)別。診斷系統(tǒng)還允許較高的利用水平，從而使得動(dòng)力器械更加經(jīng)濟(jì)可用。由于發(fā)電機(jī)內(nèi)具有非常高的電壓，所以用于發(fā)電機(jī)的診斷系統(tǒng)通常使用避免使用 電導(dǎo)線的傳感器技術(shù)，其中該電導(dǎo)線當(dāng)被應(yīng)用到處于高壓的結(jié)構(gòu)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致與地面起 弧。代替在導(dǎo)線上傳輸信號(hào)，通過(guò)光導(dǎo)體來(lái)傳輸發(fā)電機(jī)內(nèi)的感測(cè)信號(hào)，例如通過(guò)玻璃纖維。 例如，一種公知的診斷系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)的端部繞組上提供振動(dòng)傳感器。在這種形式的系統(tǒng)中， 振動(dòng)傳感器可以包括加速表，該加速表包括質(zhì)量彈簧部件，其中光通過(guò)玻璃纖維傳輸對(duì)應(yīng) 于該質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。這種類型的系統(tǒng)可以提供加速度輸出信號(hào)，該信號(hào)能夠被轉(zhuǎn)換為 偏轉(zhuǎn)并且用于分析幅值和相位。雖然來(lái)自振動(dòng)傳感器的信號(hào)與定子線棒材料中的應(yīng)力成比例，不過(guò)難以準(zhǔn)確地確 定比例因子。例如，比例因子會(huì)根據(jù)端部繞組的設(shè)計(jì)而變化并且還可以隨線棒不同而變化， 例如可以是由于安裝條件的變化所導(dǎo)致的，其中該安裝條件包括每個(gè)定子線棒在相應(yīng)槽內(nèi) 的緊密度的變化。在用于確定與定子線棒相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)的另一方法中，包括Bragg光柵的光纖傳感 器可以被定位在鄰近定子線棒端部的波形彈簧上從而檢測(cè)從傳感器接收到的信號(hào)頻率的 變化。檢測(cè)到的變化可以指示出波形彈簧的彈性變化以及/或者會(huì)導(dǎo)致定子線棒運(yùn)動(dòng)的其 他情況。這樣的監(jiān)測(cè)器公開于專利申請(qǐng)公開US 2008/0036336 Al。優(yōu)選的是，獲得直接在定子線棒上的應(yīng)變測(cè)量，從而提供被施加于特定定子線棒 的應(yīng)力的直接指示。此外，對(duì)于基于長(zhǎng)期條件的維護(hù)而言，理想的是進(jìn)一步獲得來(lái)自應(yīng)變測(cè) 量傳感器的指示出定子線棒上的應(yīng)變的信息并結(jié)合來(lái)自振動(dòng)測(cè)量傳感器的指示出定子線 棒振幅的信息，從而提供可以被用于跟蹤并/或預(yù)測(cè)定子芯內(nèi)的零件疲勞的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)的方法。該方法包括將三元傳 感器陣列(triad sensor array)放置在發(fā)電機(jī)的定子線棒上，所述三元傳感器陣列包括傳 感器組，該傳感器組包括在纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的第一、第二和第三傳感器；產(chǎn) 生指示出所述發(fā)電機(jī)內(nèi)的定子線棒的工作狀態(tài)的三元信號(hào)。產(chǎn)生三元信號(hào)的步驟包括產(chǎn) 生指示出所述定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平的第一基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)；產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)信號(hào)，該第二調(diào)節(jié)信號(hào)指示出對(duì)于所述基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)的調(diào)節(jié)并且基于在所述定子線棒處的測(cè)量；以及產(chǎn)生 第三動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)，該第三動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)是基本周期性變化的值并且指示出所述定子線棒 內(nèi)的應(yīng)力水平。該方法還包括向所述纖維光學(xué)導(dǎo)體供應(yīng)光輻射，從而向三元傳感器陣列提 供光輻射，從而產(chǎn)生第一、第二和第三信號(hào)并從三元傳感器陣列接收所述第一、第二和第三 信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)第一應(yīng)力水平確定并且從而實(shí)現(xiàn)與所述第一應(yīng)力水平確定基本同時(shí)且相互 獨(dú)立的第二應(yīng)力水平確定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)，該發(fā)電機(jī)包括 定子芯，該定子芯包括圍繞轉(zhuǎn)子相對(duì)彼此周向隔開設(shè)置的多個(gè)定子線棒。該系統(tǒng)包括纖維 光學(xué)導(dǎo)體和在所述纖維光學(xué)導(dǎo)體內(nèi)形成的多個(gè)三元傳感器陣列，其中每個(gè)所述三元傳感器 陣列關(guān)聯(lián)于所述定子線棒中的一個(gè)。每個(gè)三元傳感器陣列包括第一傳感器，其包括第一 Bragg光柵以產(chǎn)生指示出所述發(fā)電機(jī)的定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平的基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)；第二傳感 器，其包括用于產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)的第二 Bragg光柵，該調(diào)節(jié)信號(hào)指示出對(duì)于基礎(chǔ)測(cè)量的調(diào)節(jié) 并且基于所述定子線棒處獲得的測(cè)量；以及第三傳感器，其包括產(chǎn)生動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)的第三 Bragg光柵，該動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)是基本周期性變化的值并且指示出所述定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水 平。該系統(tǒng)還包括光輻射源，其聯(lián)接于所述纖維光學(xué)導(dǎo)體以用于給所述三元傳感器陣列中 的每個(gè)陣列的第一、第二和第三傳感器提供光輻射從而產(chǎn)生基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)、調(diào)節(jié)信號(hào)和動(dòng) 態(tài)測(cè)量信號(hào)。此外，光檢測(cè)器被聯(lián)接到所述纖維光學(xué)導(dǎo)體以用于從每個(gè)三元傳感器陣列中 的每個(gè)陣列的第一、第二和第三傳感器接收信號(hào)，其中所述基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)、所述調(diào)節(jié)信號(hào)和 所述動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)分別唯一地識(shí)別于每個(gè)三元傳感器陣列中的第一、第二和第三傳感器。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 在纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的三元傳感器陣列。三元傳感器陣列包括傳感器組， 其包括第一傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述發(fā)電機(jī)的定子線棒內(nèi)的應(yīng)變的第一信號(hào)的 Bragg光柵；第二傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的溫度的第二信號(hào)的Bragg 光柵；以及第三傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的振幅的第三信號(hào)的Bragg 光柵。該系統(tǒng)還包括光輻射源，其聯(lián)接于所述纖維光學(xué)導(dǎo)體以用于向所述第一、第二和第三 傳感器提供光輻射從而產(chǎn)生第一、第二和第三信號(hào)。光檢測(cè)器被聯(lián)接到所述纖維光學(xué)導(dǎo)體 以接收所述第一、第二和第三信號(hào)，其中所述第一、第二和第三信號(hào)分別唯一地識(shí)別于所述 第一、第二和第三傳感器。


雖然由權(quán)利要求限定的內(nèi)容具體指出且明確要求了本發(fā)明，不過(guò)應(yīng)該認(rèn)為結(jié)合附 圖從下述描述中將更好地理解本發(fā)明，附圖中同樣的附圖標(biāo)記指代同樣的元件，并且附圖 中
圖1是示出了定子芯的一部分并且示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三元傳感器陣列的位 置的立體圖2是定子線棒的端部的放大視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三元傳感器陣列的 安裝；
圖3是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施例的簡(jiǎn)略圖，該系統(tǒng)包括傳感器串聯(lián)形成的三元傳感 器陣列；圖4是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施例的簡(jiǎn)略圖，該系統(tǒng)包括傳感器并聯(lián)形成的三元傳感 器陣列；
圖4A是圖4所示并聯(lián)傳感器設(shè)置的可替換構(gòu)造的簡(jiǎn)略圖5是包括串聯(lián)的多個(gè)三元傳感器陣列的本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)略圖，且其示出了位于發(fā) 電機(jī)殼體內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的光源和檢測(cè)器；
圖6是包括串聯(lián)的多個(gè)三元傳感器陣列的本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)略圖，且其示出了位于發(fā) 電機(jī)殼體外部的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的光源和檢測(cè)器；以及
圖7是包括并聯(lián)的多個(gè)三元傳感器陣列的本發(fā)明可替換實(shí)施例的簡(jiǎn)略圖。
具體實(shí)施例方式在優(yōu)選實(shí)施例的下述具體描述中，參考形成說(shuō)明書一部分的附圖，并且附圖是通 過(guò)圖釋的方式而不是通過(guò)限制性方式被示出的，其中示出了可以實(shí)踐本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí) 施例。應(yīng)該理解可以利用其他實(shí)施例并且在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以進(jìn)行修 改。參考圖1，示出了發(fā)電機(jī)的定子芯繞組的一部分，且其包括定子芯12，該定子芯12 包括限定徑向延伸槽16的多個(gè)定子齒14。定子芯12包括定子線圈11，該定子線圈11包 括位于每個(gè)槽16內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)定子線棒。在所示實(shí)施例中，包括底部定子線棒18和 頂部定子線棒20的一對(duì)定子線棒以堆疊關(guān)系位于每個(gè)槽16內(nèi)。定子線棒18、20可以被纏 繞在絕緣層22內(nèi)從而形成地壁絕緣，如圖2所示。線棒18、20被保持結(jié)構(gòu)23保持就位，該 保持結(jié)構(gòu)23包括一個(gè)或更多個(gè)填充構(gòu)件，例如位于槽16內(nèi)從頂部定子線棒20徑向向內(nèi)的 頂部槽填充件M和頂部波形彈簧26。保持結(jié)構(gòu)23還包括安裝在槽16內(nèi)、從頂部波形彈簧 26徑向向內(nèi)的楔觀，從而以預(yù)定緊密度壓緊槽16內(nèi)的定子線棒18、20并且基本限制線棒 18,20相對(duì)于定子芯12的運(yùn)動(dòng)。雖然保持結(jié)構(gòu)23基本保持了線棒18、20的位置，不過(guò)線棒18、20響應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)的 振動(dòng)仍然會(huì)產(chǎn)生一定程度的彎曲運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致線棒18、20的材料內(nèi)存在應(yīng)力，例如該應(yīng) 力可以通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)線棒18、20的表面上的應(yīng)變測(cè)量所檢測(cè)到。根據(jù)本發(fā)明，可以使用三元傳感器陣列30來(lái)監(jiān)測(cè)定子線棒18、20的狀態(tài)。為了描 述的目的，參考頂部定子線棒20上的三元傳感器陣列30的監(jiān)測(cè)來(lái)描述三元傳感器陣列30。 三元傳感器陣列30包括三個(gè)傳感器，即第一傳感器32、第二傳感器34和第三傳感器36，所 述三個(gè)傳感器位于定子線棒20上且被選擇成提供包括用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的狀態(tài) 監(jiān)測(cè)方法的數(shù)據(jù)的信號(hào)。第一傳感器32產(chǎn)生的信號(hào)包括指示出定子線棒20內(nèi)的應(yīng)力水平的第一基礎(chǔ)測(cè)量 信號(hào)。第二傳感器34產(chǎn)生的信號(hào)包括第二調(diào)節(jié)信號(hào)，該第二調(diào)節(jié)信號(hào)指示出對(duì)于基礎(chǔ)測(cè)量 信號(hào)的調(diào)節(jié)并且基于所述定子線棒20處獲取的測(cè)量。第三傳感器36產(chǎn)生的信號(hào)包括第 三動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)，該第三動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)是基本周期性變化的值并且指示出所述定子線棒20 內(nèi)的應(yīng)力水平。具體而言，第三信號(hào)可以包括加速信號(hào)，該加速信號(hào)可以被二次積分從而提 供關(guān)于定子線棒20的端部的位移的數(shù)據(jù)。三元傳感器陣列30的第一傳感器32可以包括應(yīng)變傳感器，第二傳感器34可以包 括溫度傳感器，并且第三傳感器36可以包括振幅傳感器。第一、第二和第三傳感器32、34、36各自優(yōu)選地包括含有相應(yīng)Bragg光柵38a、38b、38c的纖維光學(xué)傳感器，其中每個(gè)傳感器 32、34、36被形成為具有唯一的光柵柵格間距。每個(gè)傳感器32、34、36的Bragg光柵38a-c具 有對(duì)應(yīng)于唯一中心Bragg波長(zhǎng)λ (頻率)的光柵間距。也就是說(shuō)，每個(gè)傳感器32、34、36的 Bragg光柵38a-c內(nèi)的衍射線間距唯一于具體傳感器32、34、36從而以與該傳感器32、34、 36 一致的波長(zhǎng)反射光。特別地，每個(gè)傳感器32、34、36具有指定給它的唯一中心Bragg波 長(zhǎng)，并且關(guān)于傳感器32、34、36的中心Bragg波長(zhǎng)的波長(zhǎng)變化提供了對(duì)于與特定傳感器32、 34,36相關(guān)的被測(cè)量的值的變化的指示。光輻射源40，例如寬帶光源，可以在聯(lián)接器44處 被聯(lián)接到公共纖維光學(xué)導(dǎo)體42從而向三元傳感器陣列30提供光輻射，并且其提供預(yù)定范 圍的光波長(zhǎng)(頻率)從而對(duì)應(yīng)于連接在公共纖維光學(xué)導(dǎo)體42上的任意一個(gè)(多個(gè))三元傳感 器陣列30的中心Bragg波長(zhǎng)λ。從三元傳感器陣列30反射出的光通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)體42 傳回并且經(jīng)由聯(lián)接器44在光檢測(cè)器或分析器46處被接收。如圖3所示，三元傳感器陣列30包括串聯(lián)設(shè)置在公共纖維光學(xué)導(dǎo)體42上的第一、 第二和第三傳感器32、34、36。第一、第二和第三傳感器32、34、36優(yōu)選地被放置在六英寸長(zhǎng) 度內(nèi)。例如，第一和第二傳感器32、34通?？梢员环胖迷谌獋鞲衅麝嚵?0的近似兩英寸 長(zhǎng)度內(nèi)，從而使得第二傳感器34的溫度測(cè)量非常接近第一傳感器32的應(yīng)變測(cè)量，并且包括 用于振動(dòng)測(cè)量的加速表的第三傳感器36可以沿三元傳感器陣列30延伸近似三英寸。用于測(cè)量定子線棒20內(nèi)的應(yīng)變的第一傳感器32可以包括纖維光學(xué)導(dǎo)體42被安 裝于定子線棒20的縱向延伸表面48的一部分，且第一 Bragg光柵38a的相對(duì)端部固定到 定子線棒20?？商鎿Q地，Bragg光柵38a可以被固定到附連于定子線棒20的基體50。用 于測(cè)量溫度的第二傳感器34可以包括纖維光學(xué)導(dǎo)體42被陶瓷套筒52圍繞的一部分，從而 將Bragg光柵38b隔離于定子線棒20的運(yùn)動(dòng)，從而將Bragg光柵38b隔離于定子線棒20 的與應(yīng)變相關(guān)的變化。用于測(cè)量定子線棒20的端部處的振幅的第三傳感器36可以包括纖 維光學(xué)導(dǎo)體42位于加速表的外殼M內(nèi)的一部分。加速表可以包括提供光學(xué)輸出的任意公 知加速表，例如美國(guó)專利No. 6，807，325中公開的Bragg光柵加速表，該專利并入本文以供 參考。圖4示出了包括上述參考圖3討論的相同傳感器32、34、36的三元傳感器陣列30 的傳感器的可替換設(shè)置。圖4的三元傳感器陣列30包括彼此并聯(lián)設(shè)置的第一、第二和第三 傳感器32、34、36。第一、第二和第三傳感器32、34、36被設(shè)置成傳感器32、34、36的一端在 聯(lián)接器43處連接到纖維光學(xué)導(dǎo)體42的光源/檢測(cè)器側(cè)，并且傳感器32、34、36的相對(duì)端被 連接到聯(lián)接器45從而連接到纖維光學(xué)導(dǎo)體42的部段從而使得光源40和檢測(cè)器46與其他 三元傳感器陣列30通信。光源光輻射和傳感器信號(hào)可以通過(guò)每個(gè)三元傳感器陣列30中的 所有傳感器32、34、36被傳輸從而提供在相鄰三元傳感器陣列30之間且通過(guò)相鄰三元傳感 器陣列30的光路。參考圖4A，示出了圖4的并聯(lián)傳感器設(shè)置的可替換構(gòu)造，其包括上述參考圖3討論 的相同傳感器32、34、36。在圖4A的構(gòu)造中，第一和第二傳感器32和34可以在聯(lián)接器43 處叉接到光纖導(dǎo)體42。纖維光學(xué)導(dǎo)體42包括第三傳感器36的分支可以形成導(dǎo)體42到下 一三元傳感器陣列30的連續(xù)部分，其中第三傳感器36為在相鄰三元傳感器陣列30之間且 通過(guò)相鄰三元傳感器陣列30傳輸?shù)墓庠垂廨椛浜蛡鞲衅餍盘?hào)限定了路徑。參考圖5，示出了用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)的第一實(shí)施例。該系統(tǒng)包括從聯(lián)接器44延伸出的、連接到光源40的且延伸到多個(gè)三元傳感器陣列30的公共光纖導(dǎo)體 42，其中每個(gè)三元傳感器陣列30關(guān)聯(lián)于位于定子芯(總體上被標(biāo)記為12)內(nèi)的相應(yīng)定子線 棒20 (圖2)，以便每一個(gè)定子線棒20可具有鄰近其端部固定的三元傳感器陣列30。本實(shí) 施例的多個(gè)三元傳感器陣列30沿纖維光學(xué)導(dǎo)體42串聯(lián)連接。來(lái)自光源40的光經(jīng)由聯(lián)接 器44被提供給纖維光學(xué)導(dǎo)體42，且從每個(gè)三元傳感器陣列30中的Bragg光柵38a-c反射 的光經(jīng)由聯(lián)接器44被傳輸通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)體42到達(dá)檢測(cè)器46。在圖5所示的系統(tǒng)構(gòu)造 中，光源40和檢測(cè)器46位于發(fā)電機(jī)的殼體60內(nèi)，并且檢測(cè)器46處理的數(shù)據(jù)可以經(jīng)由穿過(guò) 殼體60中的穿透密封件(penetration seal >68的電線66被傳送到顯示器62和設(shè)備數(shù)據(jù) 獲取系統(tǒng)64。應(yīng)該注意到的是，除了在給定三元傳感器陣列30中各傳感器32、34、36具有不同 的中心Bragg波長(zhǎng)λ之外，每個(gè)三元傳感器陣列30中的Bragg光柵38a-c還限定了與任 意其他三元傳感器陣列30中的傳感器32、34、36的中心Bragg波長(zhǎng)λ不同的中心Bragg 波長(zhǎng)λ。此外，限定各相繼中心Bragg波長(zhǎng)λ的Bragg光柵38a-c可以遞增一預(yù)定量，例 如5nm，以便每個(gè)傳感器32、34、36的工作所落入的頻帶將不會(huì)重疊于另一傳感器32、34、36 的頻帶。由傳感器32、34、36的Bragg光柵38a-c反射的波長(zhǎng)(頻率)的變化(如被測(cè)量變化 所導(dǎo)致的)優(yōu)選地小于中心Bragg波長(zhǎng)λ之間的預(yù)定最小增量。光源40 (例如寬帶光源) 提供的光優(yōu)選地具有跨過(guò)所有三元傳感器陣列30的中心Bragg波長(zhǎng)λ的頻率范圍的波長(zhǎng) (頻率)范圍。由于第一傳感器32中Bragg光柵38a的熱膨脹，第一傳感器32 (即應(yīng)變傳感器) 的位置處的溫度變化會(huì)導(dǎo)致第一傳感器32的部位處的應(yīng)變的明顯穩(wěn)態(tài)變化。雖然Bragg 光柵38a的熱膨脹不會(huì)顯著影響第一傳感器32的動(dòng)態(tài)振動(dòng)測(cè)量，不過(guò)溫度變化會(huì)對(duì)于來(lái)自 第一傳感器32的穩(wěn)態(tài)應(yīng)變測(cè)量具有實(shí)質(zhì)性影響，而該應(yīng)變測(cè)量是本發(fā)明所關(guān)注的。因此， 第二傳感器34所提供的傳感器信號(hào)可以被用作參考以便針對(duì)溫度變化調(diào)節(jié)第一傳感器32 的測(cè)量。應(yīng)該注意到，圖5所示系統(tǒng)的可替換構(gòu)造中，纖維光學(xué)導(dǎo)體42可以包括分支42’， 其從最后的三元傳感器陣列30延伸出從而在聯(lián)接器44處連接到纖維光學(xué)導(dǎo)體42并且因 而形成回路。在纖維光學(xué)導(dǎo)體42中存在斷開的情況下，激光可以被傳輸?shù)絺鞲衅?2、34、36 并且通過(guò)分支42’從Bragg光柵38a-c被反射回?？商鎿Q地，檢測(cè)器46可以接收傳輸經(jīng)過(guò) Bragg光柵38a-c的光，其中對(duì)于通過(guò)分支42’被傳輸?shù)綑z測(cè)器46的光的分析表明了某些 頻率沒有被傳輸?shù)綑z測(cè)器46且對(duì)應(yīng)于在中心Bragg光柵波長(zhǎng)λ處或附近的響應(yīng)。當(dāng)數(shù)據(jù)被檢測(cè)器46分析時(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)64獲取每個(gè)定子線棒20上的數(shù)據(jù)。 從每個(gè)定子線棒20的三元傳感器陣列30獲得的數(shù)據(jù)包括由第一傳感器32的應(yīng)變測(cè)量所 確定的第一應(yīng)力測(cè)量、由第二傳感器34所確定的溫度測(cè)量以及由第三傳感器36所確定的 第二應(yīng)力測(cè)量。從第一傳感器32提供的信號(hào)導(dǎo)出直接應(yīng)力水平測(cè)量，并且其指示出從定子 線棒20獲得的直徑應(yīng)變測(cè)量。直接應(yīng)力水平測(cè)量包括穩(wěn)態(tài)應(yīng)力測(cè)量并且可以使用來(lái)自第 二傳感器34的信號(hào)被調(diào)節(jié)成補(bǔ)償纖維光學(xué)導(dǎo)體42中溫度誘導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)變化。此外，第三傳 感器36提供來(lái)自各定子線棒20的三元傳感器陣列30的第三信號(hào)，其包括間接應(yīng)力水平測(cè) 量。間接應(yīng)力水平測(cè)量是從第三傳感器36的動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)所導(dǎo)出的，其被二次積分從而獲 得振幅(位移)測(cè)量。參考定子線棒20的已知物理特性來(lái)分析振幅從而確定間接應(yīng)力水平測(cè)量。因此，三元傳感器陣列30為每個(gè)定子線棒20提供兩個(gè)應(yīng)力水平測(cè)量。設(shè)備數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)64可以在發(fā)電機(jī)的工作壽命期間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，例如與各個(gè)定子 線棒20的狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及基于對(duì)定子線棒20的綜合分析、與發(fā)電機(jī)的整體狀態(tài)相關(guān) 的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)還包括定子線棒20的振動(dòng)的頻率、幅值和相位，其可以從第三傳感器 36的動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)獲得。此外，第一傳感器32的直接應(yīng)力水平測(cè)量(由來(lái)自第二傳感器34 的溫度測(cè)量所調(diào)節(jié))和第三傳感器36的間接應(yīng)力水平測(cè)量之間的相關(guān)性可以被用于發(fā)電機(jī) 的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。第一和第三傳感器32、36的應(yīng)力水平測(cè)量之間的相關(guān)性也可以被用于進(jìn)一步 理解在發(fā)電機(jī)的整個(gè)壽命期間當(dāng)發(fā)電機(jī)狀態(tài)變化時(shí)發(fā)電機(jī)中的直接和間接應(yīng)力水平測(cè)量 之間的關(guān)系(相關(guān)性)。在附加應(yīng)力水平監(jiān)測(cè)器械的設(shè)計(jì)和研究中可以使用這樣的信息。應(yīng)該注意的是，如這里所用，“直接”應(yīng)力水平測(cè)量指的是可以由在定子線棒20處 或在響應(yīng)定子線棒20內(nèi)的應(yīng)變而經(jīng)歷線性振動(dòng)的結(jié)構(gòu)(例如圍繞定子線棒20的地壁22) 上獲得的應(yīng)變測(cè)量所確定的應(yīng)力水平測(cè)量。如這里所用的，“間接”應(yīng)力水平測(cè)量指的是在 定子線棒20處獲取的測(cè)量，且其不是應(yīng)變測(cè)量且可以使用定子線棒20的已知和/或假定 特征來(lái)處理從而得到應(yīng)力水平測(cè)量。參考圖6，示出了用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例 包括與參考圖5所示的第一實(shí)施例所描述的元件類似的元件，其中使用相同附圖標(biāo)記增加 100來(lái)描述所述元件。第二實(shí)施例的光源140、檢測(cè)器146和聯(lián)接器144位于發(fā)電機(jī)殼體 160的外部，并且纖維光學(xué)導(dǎo)體142傳送光源光并且將信號(hào)返回到三元傳感器陣列130且從 該三元傳感器陣列130接收信號(hào)，從而僅纖維光學(xué)導(dǎo)體142橫穿發(fā)電機(jī)殼體160內(nèi)的穿透 密封件168。在圖6所示的系統(tǒng)的可替換構(gòu)造中，分支纖維光學(xué)導(dǎo)體142’可以從最后的三 元傳感器陣列130延伸出且穿過(guò)穿透密封件168到達(dá)聯(lián)接器144從而當(dāng)纖維光學(xué)導(dǎo)體142 中存在斷開的情況下提供可替換光路。參考圖7，示出了用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)的第三實(shí)施例。第三實(shí)施例 包括與參考圖5所示的第一實(shí)施例所描述的元件類似的元件，其中使用相同附圖標(biāo)記增加 200來(lái)描述所述元件。在本實(shí)施例中，通過(guò)公共纖維光學(xué)導(dǎo)體M2向多個(gè)三元傳感器陣列 230提供光且從多個(gè)三元傳感器陣列230接收信號(hào)，其中該公共纖維光學(xué)導(dǎo)體242經(jīng)由聯(lián)接 器244連接到光源240和檢測(cè)器M6。公共纖維光學(xué)導(dǎo)體242被多個(gè)纖維光學(xué)分支270連 接到多個(gè)三元傳感器陣列230，其中所述多個(gè)纖維光學(xué)分支270以星形構(gòu)造從中心聯(lián)接器 272延伸。因此，多個(gè)三元傳感器陣列230被連接成并聯(lián)構(gòu)造，這樣如果在三元傳感器陣列 230的任意一個(gè)傳感器中發(fā)生斷開，則其他三元傳感器陣列230不會(huì)受影響。應(yīng)該理解參考圖5-7描述的系統(tǒng)可以包括參考圖3、圖4和圖4A描述的任意傳感 器陣列構(gòu)造。雖然已經(jīng)圖釋并描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，不過(guò)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯 而易見的是，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種其它改變和改進(jìn)。因此， 所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的方法，所述方法包括將三元傳感器陣列放置在發(fā)電機(jī)的定子線棒上，所述三元傳感器陣列包括傳感器 組，其包括在纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的第一、第二和第三傳感器；產(chǎn)生指示出發(fā)電機(jī)內(nèi)的定子線棒的工作狀態(tài)的三元信號(hào)，所述產(chǎn)生三元信號(hào)包括產(chǎn)生指示出定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平的第一基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)； 產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)信號(hào)，其指示出對(duì)于基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)的調(diào)節(jié)并且基于在所述定子線 棒處獲取的測(cè)量；以及產(chǎn)生第三動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)，其是基本周期性變化的值并且指示出定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平；向所述纖維光學(xué)導(dǎo)體提供光輻射從而向所述三元傳感器陣列提供光輻射以產(chǎn)生所 述第一、第二和第三信號(hào)；以及從所述三元傳感器陣列接收所述第一、第二和第三信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)第一應(yīng)力水平確 定并且實(shí)現(xiàn)基本同時(shí)于且獨(dú)立于所述第一應(yīng)力水平確定的第二應(yīng)力水平確定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一應(yīng)力水平確定包括使用來(lái)自與相應(yīng)定子線 棒相關(guān)聯(lián)的各三元傳感陣列的所述第一和第二信號(hào)來(lái)直接確定各定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二應(yīng)力水平確定包括使用來(lái)自與所述相應(yīng)定 子線棒相關(guān)聯(lián)的各三元傳感器陣列的所述第三信號(hào)來(lái)間接確定各定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一信號(hào)指示出定子線棒的位置處的應(yīng)變，所 述第二信號(hào)指示出定子線棒的溫度，并且所述第三信號(hào)指示出由定子線棒的振動(dòng)所導(dǎo)致的 加速。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三信號(hào)包括在所述第一、第二和 第三傳感器中每一個(gè)處形成的Bragg反射。
6.一種用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)包括定子芯，該定子芯包括圍 繞轉(zhuǎn)子相對(duì)彼此周向間隔開的多個(gè)定子線棒，所述系統(tǒng)包括纖維光學(xué)導(dǎo)體；在所述纖維光學(xué)導(dǎo)體內(nèi)形成的多個(gè)三元傳感器陣列，每個(gè)所述三元傳感器陣列關(guān) 聯(lián)于所述定子線棒中的一個(gè)；每個(gè)所述三元傳感器陣列包括第一傳感器，其包括第一 Bragg光柵以用于產(chǎn)生指示出所述發(fā)電機(jī)的定子線棒 內(nèi)的應(yīng)力水平的基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)；第二傳感器，其包括第二 Bragg光柵以用于產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)，該調(diào)節(jié)信號(hào)指示出 對(duì)于所述基礎(chǔ)測(cè)量的調(diào)節(jié)并且基于所述定子線棒處獲取的測(cè)量；以及第三傳感器，其包括第三Bragg光柵以用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)，該動(dòng)態(tài)測(cè)量信 號(hào)是基本周期性變化的值并且指示出所述定子線棒內(nèi)的應(yīng)力水平；光輻射源，其聯(lián)接到所述纖維光學(xué)導(dǎo)體從而向每個(gè)所述三元傳感器陣列的所述第 一、第二和第三傳感器提供光輻射以產(chǎn)生所述基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)、所述調(diào)節(jié)信號(hào)和所述動(dòng)態(tài)測(cè) 量信號(hào)；以及光檢測(cè)器，其聯(lián)接于所述纖維光學(xué)導(dǎo)體從而從每個(gè)所述三元傳感器陣列的所述第一、第二和第三傳感器接收所述信號(hào)，其中所述基礎(chǔ)測(cè)量信號(hào)、所述調(diào)節(jié)信號(hào)和所述動(dòng)態(tài)測(cè) 量信號(hào)分別唯一地被識(shí)別于每個(gè)所述三元傳感器陣列的所述第一、第二和第三傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二和第三Bragg光柵被形成為相對(duì)于相 鄰三元傳感器陣列的位置之間的間距彼此非常接近。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述三元傳感器陣列提供第一應(yīng)力水平指示和 第二應(yīng)力水平指示，其分別關(guān)聯(lián)于來(lái)自所述第一和第三傳感器的所述信號(hào)并且指示出相應(yīng) 定子線棒的狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述三元傳感器陣列的所述第一傳感器被安裝 到相應(yīng)定子線棒的縱向延伸表面，并且每個(gè)所述三元傳感器陣列的所述第三傳感器被安裝 到相應(yīng)定子線棒的端部。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)三元傳感器陣列的所述第一、第二和第三傳感 器被放置成彼此串聯(lián)。
11.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)三元傳感器陣列的所述第一、第二和第三傳感 器被放置成彼此并聯(lián)。
12.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)三元傳感器陣列被放置成彼此串聯(lián)。
13.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)三元傳感器陣列被放置成彼此并聯(lián)。
14.一種用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的三元傳感器陣列，所述三元傳感器陣列包括 傳感器組，其包括第一傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述發(fā)電機(jī)的定子線棒內(nèi)的應(yīng)變的第一信號(hào) 的Bragg光柵；第二傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的溫度的第二信號(hào)的Bragg光柵；以及第三傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的振幅的第三信號(hào)的Bragg光柵；光輻射源，其聯(lián)接于所述纖維光學(xué)導(dǎo)體以用于給所述第一、第二和第三傳感器提供 光輻射從而產(chǎn)生所述第一、第二和第三信號(hào)；以及光檢測(cè)器，其被聯(lián)接到所述纖維光學(xué)導(dǎo)體以接收所述第一、第二和第三信號(hào)，其中 所述第一、第二和第三信號(hào)分別唯一地被識(shí)別于所述第一、第二和第三傳感器。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第三傳感器包括加速表。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器被安裝到定子線棒的縱向延伸表 面，所述第三傳感器被安裝到定子線棒的端部。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，包括在所述纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的附加傳 感器陣列，每個(gè)所述附加傳感器陣列被放置在所述發(fā)電機(jī)的相應(yīng)相關(guān)定子線棒上，每個(gè)所 述附加傳感器陣列包括用于產(chǎn)生指示出所述相關(guān)定子線棒內(nèi)的直接應(yīng)力水平測(cè)量的信號(hào) 的應(yīng)變傳感器以及用于產(chǎn)生指示出所述相關(guān)定子線棒內(nèi)的間接應(yīng)力水平測(cè)量的信號(hào)的加 速表。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)附加傳感器陣列內(nèi)的所述傳感器包括在所述 纖維光學(xué)導(dǎo)體內(nèi)形成的三元傳感器陣列，其包括用于產(chǎn)生表示每個(gè)所述相關(guān)定子線棒內(nèi)的溫度的信號(hào)的溫度傳感器，并且每個(gè)所述附加傳感器陣列內(nèi)的每個(gè)所述傳感器包括Bragg 光柵。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述光輻射源和所述光檢測(cè)器被放置在發(fā)電機(jī)的 殼體內(nèi)。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述光輻射源和所述光檢測(cè)器被放置在發(fā)電機(jī)的 殼體外部，并且所述纖維光學(xué)導(dǎo)體橫穿所述殼體內(nèi)的穿透密封件。
全文摘要
用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括在纖維光學(xué)導(dǎo)體的預(yù)定部段內(nèi)形成的三元傳感器陣列。所述三元傳感器陣列由傳感器組形成，該傳感器組包括第一傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述發(fā)電機(jī)的定子線棒內(nèi)的應(yīng)變的第一信號(hào)的Bragg光柵；第二傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的溫度的第二信號(hào)的Bragg光柵；以及第三傳感器，其包括用于產(chǎn)生代表所述定子線棒內(nèi)的振幅的第三信號(hào)的Bragg光柵。
文檔編號(hào)H02K11/00GK102150349SQ200980135619
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者弗雷里希斯 D., 迪亞茨基斯 E., 布魯梅爾 H-G., 因蒂查爾 L., 崔爾多奇利布 M., 胡默 M. 申請(qǐng)人:西門子能源公司