旋转体物理参数分布动态测量设备制造技术

一种物理参数分布动态测量设备，适用于应用光纤传感技术测量强电磁场等强干扰环境中高速旋转体物理参数动态分布。它是由传感元件、光源、驱动器、包括有光学天线及底座的出射光时间分配器、无接触分波光接收机、数据处理设备、及光纤和电缆组成。本发明专利技术解决了旋转体物理参数无接触传输问题，能对强干扰环境中旋转体特别是高速旋转体（如发电机转子）的物理参数进行实时监测，以保证旋转体安全正常满负荷运行。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物理参数分布动态测量设备，它特别适用于应用光纤传感技术测量强电磁场等强干扰环境中高速旋转体的物理参数动态分布。至今为止，利用光纤传感技术测量强磁场等强干扰情况下旋转体，特别是高速旋转体表面和内部动态物理参数的分布，尚未见报导。例如，在现有技术中对发电机转子温度分布动态的测量是利用热敏电阻作为传感元件，将多个传感元件固定在转子上，用双绞金属线通过炭刷滑环引出，以直接测量热敏电阻阻值来查得相对应的温度。日本专利GO1K13/08、7/20披露了东京芝浦电气株式会社专利技术的一种“转子温度检出装置”，它是使用旋转变压器，将负载在转子上的另件构成测温回路。但上述现有技术由于不能在强磁场等强干扰情况下正常工作，从而使测量精度受到极大影响。其次由于对高速旋转体的信号不能及时响应，从而也影响了测试精度，限制了使用范围。并且，由于这些设备的安装受到了被测对象的限制，因而在某些工作环境下在实际应用中是难以实现的。本专利技术的任务，是为在强磁场等强干扰情况下，大型发电机、电动机以及其它机器的旋转体部件在运行过程中，设计出一种对旋转体上各点的物理参数(如温度、湿度、压力等)分布能进行实际监测的测量设备，以保证这些旋转体部件满负荷安全运行。按照本专利技术的任务，所设计的旋转体物理参数分布动态测量设备包括固定于旋转体上不止一个的传感元件(传感元件的多少取决于希望测量旋转体物理参数分布的范围，即测点的多少，传感元件的选择取决于测量物理参数的种类，如测压力选择压力传感元件等)，按置于旋转体转轴上的由出射光时间分配器底座及对应于每一个传感元件的光学天线组成的出射光时间分配器，按置于出射光时间分配器底座内的与每一个传感元件相对应的光源、驱动器，无源光纤器件，置于旋转体之外的无接触分波光接收机，计算机数据处理设备以及连接这些部份或部件的光纤、电缆。根据设备中使用传感元件的不同，本专利技术有两种不同的类型。第一种是仍用常规敏感元件为传感元件的旋转体物理参数动态分布测量设备。第二种是对第一种的改进，它是用光纤传感器作为传感元件的。这里，光纤传感器可选用吸收式光纤传感器或光致发光光纤传感器。由于使用传感元件的不同，设备中线路连接也各有不同，但是不管使用那一种传感元件，本专利技术都是通过测量光学天线的出射光强的变化来定义相应传感元件安置处旋转体的物理参数的。众所周知，如能测得旋转体需测各点的物理参数，即可得到旋转体的物理参数分布，而实时地测得需测各点的物理参数变化，即可得到旋转体物理参数的动态分布。本专利技术在旋转体上需测各点上分别固定有传感元件，通过旋转体上需测各点的物理参数变化来改变作为传感元件的常规敏感元件的参数，或对作为传感元件的光纤传感器内的光(由光源提供的)进行强度调制，而常规敏感元件的参数又对光源的光强进行调制，这样通过测量调制光强即可得到传感元件安置处旋转体的物理参数及其变化。由于本专利技术提供了若干个测点的物理参数及其变化，这就构成了旋转体物理参数的动态分布。为了避免光源输出光强的变化引入较大的误差，对于常规敏感元件及吸收式光纤传感器，本专利技术除有一受物理参数调制发射光强的被调制光源外，还采用了一个参考光源。参考光源的发射波长不同于被调制光源的发射波长。(而对于吸收式光纤传感器作为传感元件的测量设备来说，参考光源的波长选择，应使参考光通过光纤传感器时，其波长处于传感器吸收带之外，以恒定衰耗通过光纤传感器而不受物理参数调制)于是参考光源在任何物理参数下均保持常数。当使用光致发光光纤传感器时，本专利技术只采用了一个光源。这时，当光源发射的激励光经光纤定向耦合器送至光致发光光纤传感器时，一部份被吸收转变为光强受物理参数调制，波长不同于激励光波长的光，另一部份被传感器反射后，仍然是原波长且不受物理参数调制的光。这样，不管使用上述那一种传感元件，本专利技术都可以用从光学天线发射出的调制光强与参考光强之比来定义物理参数。这样光源本身不稳定的因素即可消除，为了使参考光与调制光能在同一传输线中传输，本专利技术在光路中采用了WDM(波分复用)技术，以便用同一根光纤传输调制光及参考光。本专利技术的关键之一，在于提供了一种安置于旋转体之上的出射光时间分配器，以及和这一分配器配合设计的无接触分波光接收机。出射光时间分配器是一将旋转体各静止测点的反映物理参数及其变化的相对应的信号按时间顺序逐一发射出去的设备。它是由出射光时间分配器底座及与每一个传感元件相对应的一组光学天线族组成。这里，本专利技术充分利用了旋转体自身的旋转作用。分布于旋转体各静止测点的反映物理参数及其变化的相对应的光信号是通过出射光时间分配器中对应的光学天线随旋转体旋转逐一发射出去的。这些从旋转的光学天线族发射的光信号通过大气通道逐一顺序地扫描过置于旋转体之外的静止的无接触光接收机的接收天线而被按时间顺序逐一接收，并由光接收机解调后变换成分布于旋转体上各测点的反映物理参数及其变化的相对应的时序电脉冲信号。这样本专利技术就解决了旋转体特别是高速旋转体上多点动态测量信号的无接触传输问题。本专利技术的无接触光接收机是由两个不同接收波长的光接收机组成，以能分别接收不同波长的调制光和参考光。本专利技术的计算机数据处理设备把光信号解调后变换成的电信号通过专用计算机软件处理。计算出旋转体各对应点的物理参数。这一设备包括接口设备、计算机及终端设备。采用本专利技术，可以对旋转体特别是高速旋转体(如大型发电机转子)的各种物理参数(如温度、压力等)进行实时监测，以保证旋转体安全、正常、满负荷运行，并且具有抗干扰性能高、精度高、适用范围广、检测速度快等优点，特别对于高速旋转体较之现有技术更有不可比拟的优越性。下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1是使用吸收式光纤传感器的旋转体物理参数分布动态测量设备的工作原理图。图2是使用常规敏感元件作传感器的旋转体物理参数分布动态测量测备的工作原理图。图3是使用光致发光光纤传感器的旋转体物理参数分布动态测量设备的工作原理图。图4是出射光时间分配器及光源、驱动器结构示意图。图5是物理参数及其变化所对应的光信号变换为时序电脉冲工作示意图。图6是数据处理设备接口逻辑图。图1中，(1)为每一个光源的驱动器，(2)为与每一个传感器对应的光源(参考光源和被调制光源)，(3)为光纤，(4)为安置于各测点的吸收式光纤传感器，(5)为出射光时间分配器，(6)为空气通道，(7)为无接触分波光接收机，(8)为数据处理设备。这里光源(2)输出的激励光光功率由驱动器(1)确定，传感器(4)物理参数及其变化对光源输出的激励光光强进行调制，于是传感器物理参数的变化就转变为光源输出光功率的变化，将此光功率通过光纤送到时间分配器(5)发射，从而使旋转体上的各测点的光信号通过大气通道(7)传输到分波光接收机(8)进行光解调，变成时序电脉冲信号，再由数据处理设备将其处理为对应测点的物理参数显示和打印出来。图2中，(1)为每一个光源的驱动器，(2)为与每一个传感器对应的光源(参数光源和被调制光源)，(3)为光纤，(4)为安置于各测点的常规敏感元件，(5)为出射光时间分配器，(6)为空气通道，(7)为无接触分波光接收机，(8)为数据处理设备。这里常规敏感元件物理参数及其变化通过驱动器对光源激励光的光强进行调制。调制后的光信号通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转体物理参数分布动态测量设备，其特征在于，它是由固定于旋转体上不止一个的传感元件，安置于旋转体转轴上并包括有底座、与每一个传感元件对应的光学天线的出射时间分配器，与每一个传感元件对应的光源、驱动器，无接触分波光接收机，数据处理设备以及连接这些部份或部件的光纤和传输线组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明光，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]