本发明专利技术涉及一种纤维布拉格光栅多点温度感测系统（４４），其包括纤维感测线缆设备（５２）和在壁的内表面沿着圆周方向分布以固定该纤维感测线缆设备的多个夹紧装置。该纤维感测线缆设备包括基于纤维布拉格光栅的感测线缆（５３），其包括至少一条光纤（１２）、多个刻在光纤中的布拉格光栅（１４）以及织物层（１８），以及包围光纤的套管（１６）。该多点纤维温度感测系统包括用于将光线传输至基于布拉格光栅的感测线缆设备的光源，以及接收反射的信号的检测器模块。各夹紧装置包括辐射Ｔ形管（５４）并且限定至少一个安装孔（５８）以定位纤维感测线缆。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大致涉及感测技术，并且更具体地涉及用于例如燃气涡轮的多点温度测量 的光纤感测设备及系统。
技术介绍
温度感测对于许多工业过程的安全和有效的操作及控制来说是不可或缺的。如燃 气涡轮、燃煤锅炉操作、燃烧、发电和气化的工业过程包含用于实时工业过程监测或用于控 制及优化的高温测量。气体温度是用于燃气涡轮操作的关键控制参数之一，并且温度测量精确度的任 何提高可提高涡轮效率。压缩机/燃气涡轮的排气管道处的温度接近600-1200华氏度F)，并且气体质量流量很大，用于控制用途的直接燃烧器温度测量超出大多数温度测量 装备的能力。在燃烧控制实践中，使用环形排列的热电偶来测量排气温度以控制流入燃烧 器中的燃料流量。只要检测到故障温度，不论是过冷还是过热，就发生燃气涡轮的燃料流速 调节或过早停机。此类燃烧控制方法需要精确的环形排气温度测量。然而，当前使用环形 排列的热电偶(TC)的排气温度测量仅提供有限的感测点，并且感测空间分辨率为约半米， 这大于最佳分辨率。因此，燃气涡轮的控制策略具有过大的裕量，其导致较低的发电效率和 较低的诊断能力。然而，由于它们需要庞大的设备及大量的电线，因此难以从当前方法增加 现有TC的数量和位置。基于二氧化硅的石英纤维材料在诸如例如约2700° F的高温下熔化，因此基于二 氧化硅材料的四面体纤维布拉格光栅(FBG)传感器被认为有很大的潜力用于在苛刻环境 如涡轮机系统、燃烧器、发电机、发动机和气化器中进行多点温度测量。此外，FBG传感器包 括构成在石英光纤中的高质量反射体，其反射特定波长的光并使其它波长的光透过。由于 具有低质量、高灵敏度、多元能力、多点分布能力、多感测功能和抗电磁干扰能力，FBG传感 器是有利的。监测燃气涡轮工况不仅需要热稳定的纤维布拉格光栅传感器，而且需要坚固的纤 维传感器设备。如果具有容易在燃气涡轮内部展开以用于多点温度测量或任何瞬态热力学 测量的传感器设备则将是有用的。安装好的纤维传感器设备应当耐受燃气涡轮初始起动和 从环境温度上升至1000-1200° F的瞬态温度。考虑到排气可能包括CO、CO2, NOx, H2O等， 纤维传感器设备应当被密闭地密封，以便不仅用于可靠的温度测量，而且用于克服振动、热 循环和应力腐蚀引起的机械疲劳而保持坚固的机械强度。然而，在任何工业发电系统中展开纤维传感器毫无疑问需要适当的纤维传感器设 备和相应的安装方法。同时，由于各工业系统工况例如在温度、压力、流速、振动和腐蚀方面 可能变化，所以安装方法可能在一个工业系统与另一工业系统之间不同。希望具有一种改 进的FBG传感器设备、安装方法以及能耐受不同的苛刻环境条件的集成的感测系统。
技术实现思路
按照本文公开的一个实施例，一种纤维布拉格光栅多点温度感测系统包括纤维感 测线缆设备和在壁的内表面沿着圆周方向分布的多个夹紧装置，用于定位纤维感测线缆设 备。纤维感测线缆设备包括基于纤维布拉格光栅的感测线缆，该感测线缆设备包括至少一 条光纤、多个刻(inscribe)在光纤中的布拉格光栅以及包围光纤的套管。纤维感测线缆设 备包括用于将光线传输至布拉格光栅的光源，以及接收从布拉格光栅反射的光线的检测器 模块。各夹紧装置包括辐射T形管并且限定至少一个用于定位纤维感测线缆的安装孔。按照本文公开的另一实施例，一种纤维感测线缆设备包括光纤，其包括纤维芯 和包层以及围绕纤维包层的涂层；多个刻在纤维芯中的布拉格光栅；包围纤维包层的织物 层；在织物层周围的套管；用于将光线传输至布拉格光栅的光源；以及用于接收从布拉格 光栅反射的光线的检测器模块。织物层包括与纤维材料的热膨胀系数兼容的热膨胀系数。按照本文公开的又一实施例，一种方法包括获得刻有多个布拉格光栅的纤维以及 将该纤维附接在预先存在的刚性金属杆上。该金属杆包括在其外表面中并沿着杆的长度的 多个贯通孔。布拉格光栅各处于相应的贯通孔中。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得 更好理解，所有附图中相同的标记代表相同的部分，在附图中图1是根据本专利技术的一个实施例的示例性纤维布拉格光栅(FBG)感测线缆设备的 简化横截面图。图2是图1中的FBG感测线缆设备的FBG感测线缆的示例性横截面图。图3是图1的FBG感测线缆中的多个布拉格光栅的示例性波长谱。图4是图1的FBG感测线缆中的多个布拉格光栅响应燃气涡轮测试时段内的温度 变化的示例性波长位移谱。图5是根据本专利技术的另一实施例的多个FBG感测线缆设备的局部横截面图。图6是根据本专利技术的一个实施例安装在燃气涡轮的排气管道中的示例性FBG温度 感测系统。图7是夹紧装置的示例性分解图，该夹紧装置包括辐射T形管，该T形管用于定位 一对FBG感测线缆，周向FBG感测线缆组件靠近辐射T形管的顶部。图8是用于将FBG感测线缆定位在带有现有辐射T形管的燃气涡轮的排气管道内 的图7的夹紧装置的透视图。图9是用于径向温度分布映射的根据本专利技术的另一实施例的用于燃气涡轮的排 气管道中的示例性FBG感测耙(rake)设备。图10是根据本专利技术的又一实施例的用于燃气涡轮的排气管道中的示例性FBG感 测组件。图11是根据本专利技术的又一实施例的用于燃气涡轮的排气管道中的示例性FBG感 测组件。图12是图11的FBG感测组件的FBG感测耙的正视图。部件列表10FBG感测设备；IlFBG线缆；12光纤；14布拉格光栅；16金属管；18织物层；20 纤维芯；22聚合物涂层；23包层；24加强部件；25加强部件的芯；27加强部件的金属层；26 编织套筒；28光源；30检测器模块；32光耦合器；34FBG感测设备；36，38第二和第三光纤； 40，42波长谱；44FBG感测系统；46燃气涡轮；48燃烧器的扩散器壁；49中心圆筒；50夹紧 装置；52FBG感测设备；53FBG线缆；54安装支柱；56固定元件；58安装孔；60定位元件；62 中间凹陷部；64板；68安装孔；70定位孔；72孔；73控制器；74FBG感测系统；75FBG感测 线缆或耙；76安装部分；84FBG感测系统；85FBG感测线缆或耙；86安装部分；88，90螺孔； 92FBG感测系统；94安装部分；95FBG感测线缆或耙具体实施例方式本专利技术的实施例涉及基于纤维布拉格光栅(FBG)的温度感测设备以及将FBG感测 设备安装在苛刻环境如燃气涡轮中的方法。参照图1和2，用于高温测量的FBG感测线缆设备10包括FBG感测线缆11，该FBG 感测线缆11包括光纤12、多个刻在光纤12中的布拉格光栅14、包围光纤12的外套管16、 以及在光纤12与外套管16之间的织物层18。在一个实施例中，光纤12包括纤维芯20、包层23(图2)以及包围包层23的聚合 物涂层22。在某些实施例中，将使用金属涂层22来保护纤维包层。在某些实施例中，纤维 芯20包括锗和氟共掺杂的二氧化硅材料。在另一实施例中，纤维芯为二氧化硅，带有掺氟 二氧化硅包层。在又一实施例中，纤维芯包括石英。聚合物涂层22可包括丙烯酸脂、硅树 脂、聚酰亚胺、碳或它们的结合。由于具有机械柔韧性和低成本以及由于提高了光纤的机械 强度以有利于FBG感测线缆设备10的组装，所以聚合物涂层22是有利的。然而，聚合物涂 层22通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维布拉格光栅多点温度感测系统（４４），包括：纤维感测线缆设备（５２），包括：基于纤维布拉格光栅的温度感测线缆（５３），包括至少一条光纤（１２）、刻在所述光纤中的多个布拉格光栅（１４）、包围所述光纤的织物层（１８）、以及包围所述光纤的套管（１６）；用于传输光线至所述布拉格光栅的光源；以及接收从所述布拉格光栅反射的光线的检测器模块；以及在壁的内表面沿着圆周方向分布的多个夹紧装置（５０），各夹紧装置包括辐射Ｔ形管（５４）并且限定至少一个安装孔（５８）以定位所述纤维感测线缆。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏华，KT麦卡锡，MJ克罗克，BK李，CJ沃纳，RK吉尔斯特拉普，JR努特，KL邓，DR奥康诺尔，J吴，JG罗佩斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。