一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法技术

本发明专利技术提供一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法，包括：将光纤温度传感器置于风机齿轮箱的目标位置，光纤温度传感器包括光源、传感探头、入射光纤以及出射光纤，传感探头内设置有感温介质；光源发出入射光并经入射光纤将其传输至传感探头；感温介质根据感测到的目标位置的温度，对入射光的光强进行调制获得出射光，并经出射光纤射出；将出射光对应的光信号转换为电信号，并根据电信号确定目标位置的温度。本发明专利技术可有效提高温度传感器对齿轮箱温度的检测精度、传输信号的速度，提高齿轮箱温度传感器的非入侵性和抗干扰、抗腐蚀能力，更好地适应复杂的工作环境，减小齿轮箱温度传感器的体积、重量，减小对风电机组正常工作的影响。工作的影响。工作的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法


[0001]本专利技术属于光纤温度传感器应用
，具体而言，涉及一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法。

技术介绍

[0002]在风力发电机组中，齿轮箱是极其重要的部件之一。近年来随着风力发电单机容量的不断增大，以及风力发电机组投入运行时间的逐渐积累，由齿轮箱故障或者损坏引起的机组停运事件时有发生，由此带来的直接和间接损失也越来越大，维护人员投入维修的工作量也有不断上升的趋势。齿轮箱能够正常稳定工作，涂在其表面的润滑油的作用至关重要，润滑油不仅能起到润滑作用，还能起到对轴承和齿轮降温的作用。因此要对进入齿轮、轴承的润滑油的质量进行保证，而润滑油的温度是是要着重考虑的一点，一般来说齿轮箱油温最高不应超过80℃，不同轴承间的温差不得超过15℃。因此，温度传感器是保证齿轮箱正常运行不可或缺的一部分，只有温度传感器对各部分温度做到精确、快速地检测，齿轮箱才可以得到准确的温度信息，并将此温度信息传递给加热器和冷却系统。当油温低于10℃时，加热器会自动对油池进行加热；当油温高于65℃时，油路会自动进入冷却系统管路，经冷却降温后再进入润滑油路。若温度传感器对齿轮箱的温度检测不及时或者不准确，将导致油温过高或者过低，对齿轮和轴承造成损坏，因此，对温度传感器要高度重视。
[0003]温度传感器一般会对齿轮箱及其附件的三个点的温度进行检测：进油口温度、油池温度、轴承温度(一般包括高速轴电机侧轴承和高速轴叶片侧轴承)。在很多地方，风力发电机组长时间处于满负荷状态，此时，润滑油因齿轮箱发热导致温度上升超过正常值，机舱内温度与外界环境温度最高可相差25℃左右；当风力发电机组故障长期停机后齿轮温度下降较多，润滑油粘稠度增加，造成油泵启动时负载较重，导致油泵电动机过载。出现这几种情况大概率是因为温度传感器出现了故障。
[0004]而现在大多数风力发电机组齿轮箱使用的温度传感器为铂热电阻(PT100)，其是利用铂丝在温度变化时自身电阻也随之发生变化的特性来测量温度的。它的受热部分(感温元件)是用细铂丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。在齿轮箱中铂热电阻一般采取单支结构，即PT100内部只有一个测温元件，接线为两线制，一旦测温元件损坏，就需要更换新的PT100。PT100采集到的的温度信号精度较低，若是采用更多线制的结构，则会导致安装繁琐，成本过高。虽然齿轮箱中的PT100采用铠装的方式，有一定的抗腐蚀抗干扰能力，而风机齿轮箱内部结构导致其振动传递路径复杂，常年工作在沙漠、野外、孤岛等恶劣环境下，不规律的风切变带来机械应力持续波动，加之暴雨、沙尘暴、雷电、海盐腐蚀等因素，会使得铂热电阻采集得到的温度振动信号成分复杂、多种模态混叠、伴随大量环境噪声。且PT100长期放置于油池或者进油口会导致其对温度的传感精度不足，且传感器表面附着太多油会影响热电阻的性能，使其不能正常工作。
[0005]目前，光纤温度传感器发展迅速，应用领域也较为广泛，但是在风力发电领域光纤
温度传感器还鲜为应用。光强的调制技术是用光纤做传感器的关键，光强的调制可以实现将温度的变化转换为在光纤中传输的光强的变化，通过检测光强即可检测到所测点的温度，这种技术既有效又精密，适合对温度测量精度较高的场合。
[0006]因此，有必要研究一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度进行检测的方法，来应对现有技术的不足，解决上述提出的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法。
[0008]本专利技术提供一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法，所述方法包括：
[0009]将光纤温度传感器置于风机齿轮箱的目标位置，所述光纤温度传感器包括光源、传感探头、入射光纤以及出射光纤，所述传感探头内设置有感温介质；
[0010]所述光源发出入射光并经所述入射光纤将其传输至所述传感探头；
[0011]所述感温介质根据感测到的目标位置的温度，对所述入射光的光强进行调制获得出射光，并经所述出射光纤射出；
[0012]将所述出射光对应的光信号转换为电信号，并根据所述电信号确定所述目标位置的温度。
[0013]在一些可选地实施方式中，所述感温介质采用水银柱，所述感温介质根据感知到的目标位置处的温度，对所述入射光的光强进行调制获得出射光，包括：
[0014]所述水银柱随所述目标位置的温度变化而升降，以对所述传感探头内的光路进行遮断，以改变所述入射光的光强获得所述出射光。
[0015]在一些可选地实施方式中，在将所述光纤温度传感器置于风机齿轮箱的目标位置之前，所述方法还包括以下步骤：
[0016]构建所述光纤温度传感器，具体包括以下步骤：
[0017]选取波长650nm～700nm的发光二极管作为所述光源；
[0018]确定所述入射光纤接收到的所述入射光的光强、以及所述出射光纤接收到的所述出射光的光强；
[0019]制作所述光纤温度传感器的传感探头，并选取水银柱作为所述感温介质，根据所述入射光的光强设计其与所述水银柱的位移之间的对应关系。
[0020]在一些可选地实施方式中，所述入射光的光强I0满足以下公式(1)：
[0021][0022]其中，Φ(x,y,z)表示入射光纤端面(x,y,z)处的光通量密度；σ表示一表征入射光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃型光纤，σ＝1；a0表示入射光纤纤芯半径；ζ表示调制参数；θ
c
表示入射光纤的最大出射角；
[0023]所述出射光的光强I(x,y,z)满足下述公式(2)：
[0024][0025]式中：
[0026]ω(z)＝σa0[1+ζ(z/a0)
3/2
tanθ
c
][0027]其中，s表示出射端未被所述水银柱挡住部分的面积。
[0028]在一些可选地实施方式中，所述根据所述入射光的光强设计其与所述水银柱的位移之间的对应关系，包括：
[0029]设定当所述目标位置的温度为0℃时，出射端被所述水银柱挡住的面积恰好为0；以及，
[0030]设定当所述目标位置的温度为150℃时，出射端未被所述水银柱挡住的面积恰好为0，以使得所述水银柱的位移与所述入射光的光强呈近似线性的函数关系。
[0031]在一些可选地实施方式中，所述传感探头用经过硬质阳极氧化的铝合金作为导热板、导热块以及外壳。
[0032]在一些可选地实施方式中，所述将所述出射光对应的光信号转换为电信号，包括：
[0033]利用光电转换器，先将所述光信号转换为电流信号、之后将所述电流信号转换为电压信号、最后将所述电压信号进行放大处理；以及，
[0034]利用滤波电路，将放大处理后的电压信号进行滤波处理。
[0035]在一些可选地实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光纤温度传感器对风机齿轮箱温度检测方法，其特征在于，所述方法包括：将光纤温度传感器置于风机齿轮箱的目标位置，所述光纤温度传感器包括光源、传感探头、入射光纤以及出射光纤，所述传感探头内设置有感温介质；所述光源发出入射光并经所述入射光纤将其传输至所述传感探头；所述感温介质根据感测到的目标位置的温度，对所述入射光的光强进行调制获得出射光，并经所述出射光纤射出；将所述出射光对应的光信号转换为电信号，并根据所述电信号确定所述目标位置的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感温介质采用水银柱，所述感温介质根据感知到的目标位置处的温度，对所述入射光的光强进行调制获得出射光，包括：所述水银柱随所述目标位置的温度变化而升降，以对所述传感探头内的光路进行遮断，以改变所述入射光的光强获得所述出射光。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述光纤温度传感器置于风机齿轮箱的目标位置之前，所述方法还包括以下步骤：构建所述光纤温度传感器，具体包括以下步骤：选取波长650nm～700nm的发光二极管作为所述光源；确定所述入射光纤接收到的所述入射光的光强、以及所述出射光纤接收到的所述出射光的光强；制作所述光纤温度传感器的传感探头，并选取水银柱作为所述感温介质，根据所述入射光的光强设计其与所述水银柱的位移之间的对应关系。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述入射光的光强I0满足以下公式(1)：其中，Φ(x,y,z)表示入射光纤端面(x,y,z)处的光通量密度；σ表示一表征入射光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃型光纤，σ＝1；a0表示入射光纤纤芯半径；ζ表示调制参数；θ
c
表示入射光纤的最大出射角；所述出射光的光强I(x,y,z)满足下述公式(2)：式中：ω(z)＝σa0[1+ζ(z/a0)
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tanθ
c
]其中，s表示出射端接收的入射光未被所述水银柱挡住部分的面积。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述入射光的光强设计其与所述水银柱的位移之间的对应关系，包括：设定当所述目标位置的温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霞，王雅宾，杨政厚，高越，余瑞锋，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：