机电设备光纤在线监测系统技术方案

一种机电设备光纤在线监测系统，其特征是它包括光环形器和与光环形器输入端通过连接光纤连接的宽带光源，光环形器第一输出端通过传输光缆与串联在一起的光纤温度传感器、光纤应变传感器和光纤振动传感器连接；光环形器的第二输出端输出光信号至模块化光谱仪，模块化光谱仪将光信号转化为电信号，电信号经数据采集器采集后送数据分析器处理后，送显示器显示。它主要是通过波分复用技术在一条光纤上实现温度、应变、振动的在线监测，通过对不同参数的在线分析，得出设备的运行状态，也可以找到故障发生时的原因和位置；同时，系统在增加光路切换模块后可实现多设备的状态参数在线监测，提高系统带载量，为多个设备的参数分析和管理提供依据。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机电设备在线状态的监测装置，尤其涉及一种光纤监测系 统。
技术介绍
机电设备安全监测承担着保障设备正常运行、防止运行事件发展为事故工况的功 能，对安全具有极为重要的作用。例如发电机组用以保证电力所需电源，是设备生命力的 重要组成部分，随着自动化程度的提高，用电设备越来越多，发电机组运行的好坏直接影响 整体的安全性能。为了保证机电设备长周期、满负荷地安全运行，越来越需要对机电设备的 运行状态和长期发展趋势进行监测和预报，按照状态对设备实行超前管理和预知维护，以 便做到防患于未然，减少突发故障和降低维修费用，提高经济效益。实时掌握运行的各项参 数，以对发电机组等重要设备可能出现的故障做到及时预警和诊断，并进行性能维护；运行 经验表明，机电设备因超震、超温、超压和腐蚀等引起的电子、机械设备故障是造成重大事 故的主要因素，影响整体运行。目前，重要机电设备的技术状态检查以维修过程与运行前的检查测试为主，运行 中以设备所在系统的主要运行参数监测以人工巡查为主，缺乏实时性、实效性，存在滞后问 题。人工巡查的手段主要以红外测温、电气绝缘测量、电机轴承测振等为主，所需监测设备 多，效率差。有少数设备实现了运行状态的在线监测，如传统的电子仪器仪表检测及近代基 于PC机的虚拟仪器检测，多采用电子传感器，其工艺要求高、可维修性差、难于绝缘处理、 易受电磁场干扰等问题。而光纤传感器作为一种光学式测量有更为突出的优势，如有较高 的灵敏度和分辨率，测量频带较宽，响应速度快，有较大动态范围，体积小，传输距离远，本 身不带电，布线简单，不受电磁干扰，抗辐射性能好，不受温度变化的影响，耐腐蚀，可实现 单线多点测量，总体积小，适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下 使用等，容易实现故障的实时监测诊断。采用光纤传感技术，对机电设备的温度、应变、振动等多状态参数的实时在线监测 与分析，能够实时、客观的反映设备运行技术状态，并避免不必要的停机检修和盲目大修， 节约人力物力，提高设备利用率；通过在线故障诊断分析，发现一些潜在故障，及早进行处 理，预防故障或事故的发生，减少事故发生率，确保设备安全、长期运转；提供发生事故的性 质和原因，缩短故障查找和检修时间，提高检修质量；为设计单位和生产厂家提供设备实际 运行状况及存在的问题，有利于提高设计和制造质量等等。由此可见，对机电设备实时在线 监测及故障诊断技术进行探索与研究，对于保证这些设备长期、可靠、高效运行，从而保证 企业的安全生产与提高经济效益具有重大的意义与实际应用价值。
技术实现思路
为了克服现有机电设备安全监测不能实时在线及电子传感器不足，本专利技术提供了 一种光纤在线监测系统。本系统可在线实时监测设备运行的多种状态参数，也可实现多设3备的状态参数同时监测，有利于设备的统一运行分析、管理及故障诊断。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种机电设备光纤在线监测系 统，其特征是它包括光环形器和与光环形器输入端连接的宽带光源，光环形器第一输出端 通过传输光缆与串联在一起的光纤温度传感器、光纤应变传感器和光纤振动传感器连接； 光环形器的第二输出端输出光信号至模块化光谱仪，模块化光谱仪将光信号转化为电信 号，电信号经数据采集器采集后送数据分析器处理后，送显示器显示。宽带光源是ASE光源，光谱宽度为40nm，范围是1525歷_1565歷。光纤温度传感器、 光纤应变传感器和光纤振动传感器均采用布拉格光纤光栅，且工作的波长范围互不重合。 所述传输光缆和连接光纤均为单模光缆。模块化光谱仪为1550波段的光谱仪模块。数据 分析器为凌动D510处理器。光纤温度、光纤应变、光纤振动传感器均采用1550nm波段的光 纤光栅制成，以不同的波长为标识加以区分，且串联在一起的各传感器工作的波长范围不 重叠。宽带光源发出的宽谱光经光环行器后接入传输光缆，依次进入光纤温度、光纤应变、 光纤振动传感器，各传感器分别反射回带有温度、应变和振动信息的窄带光栅光谱信号。模 块化光谱仪把反射回来的光信号转变为电信号，得到整个宽带光谱范围内的光强度信息， 并通过数据采集器上传到数据分析器，数据分析器进行数据分析，找到各个传感器光栅的 中心波长，并根据定义的工作范围区分出光纤温度、光纤应变、光纤振动传感器，通过分析 传感器的波长变换情况可以得出所监测的温度、应变、振动参数，分析设备的运行状态，最 终通过显示器进行参数和状态显示。本技术还涉及到的一种机电设备光纤在线监测系统，其特征是它包括光环形 器和与光环形器输入端连接的宽带光源，光环形器第一输出端依次通过光路切换模块和传 输光缆与串联在一起的光纤温度传感器、光纤应变传感器和光纤振动传感器连接，所述传 输光缆为单模多芯光缆；光环形器的第二输出端输出光信号至模块化光谱仪，模块化光谱 仪将光信号转化为电信号，电信号经数据采集器采集后送数据分析器处理后送显示器显 示。可实现对多台设备的在线监测，大大提高了系统的带载量。本技术有益效果是1、可实现多状态参数的实时监测及分析，通过在线故障 诊断分析，发现一些潜在故障，及早进行处理，预防故障或事故的发生，减少事故发生率，确 保设备安全、长期、满负荷运转；2、使用光纤传感器，有较高的灵敏度和分辨率，测量频带较 宽，响应速度快，有较大动态范围，体积小，传输距离远，本身不带电，布线简单，不受电磁干 扰，抗辐射性能好，不受温度变化的影响，耐腐蚀，适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强 电磁干扰等恶劣环境下使用；3、使用波分复用技术，可实现同一条光纤上同时串联多个不 同参量的传感器；4、使用光路切换模块，可实现多设备状态参数在线测量。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的原理图；图2是本技术中传感器的波分复用原理图；图3 是本技术多路的扩展原理图；图中1-宽带光源，2-光纤环形器，3-传输光缆，4-温度 传感器，5-应变传感器，6-振动传感器，7-模块化光谱仪，8-数据采集器，9-数据分析器， 10-显示器，11-光路切换模块。具体实施方式实施例1本实施例是一种机电设备光纤在线监测系统，具体实施方式如下如图1所示，本技术涉及一种机电设备光纤在线监测系统，具体包括宽带光 源1、光环器2、传输光缆3、光纤温度传感器4、光纤应变传感器5、光纤振动传感器6、模块 化光谱仪7、数据采集器8、数据处理器9和显示器10。宽带光源1的输出接光环形器2的 输入端，光环形器2的输出端接传输光缆3的输入端，传输光缆3的输出端接光纤温度传感 器4的输入端，光纤温度传感器4的输出端接光纤应变传感器5的输入端，光纤应变传感器 的输出端接光纤振动传感器6的输入端，光环形器2的返回端接模块化光谱仪7接数据采 集器8的输入端，数据采集器8的输出端接数据处理器9的输入端，数据处理器9的输出端 接显示器10。宽带光源1发出连续的宽带光谱，经光环形器2和传输光缆3，进入到光纤温度传 感器4、光纤应变传感器5和光纤振动传感器6，每个传感器反射回一个中心波长不同的布 拉格光栅光谱，经传输光缆和光环形器的返回端到模块化光谱仪7，模块化光谱仪7经光电 转换后得到整个光谱宽度的数据，数据分析器9将数据采集器8从模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种机电设备光纤在线监测系统，其特征是它包括光环形器和与光环形器输入端通过连接光纤连接的宽带光源，光环形器第一输出端通过传输光缆与串联在一起的光纤温度传感器、光纤应变传感器和光纤振动传感器连接；光环形器的第二输出端输出光信号至模块化光谱仪，模块化光谱仪将光信号转化为电信号，电信号经数据采集器采集后送数据分析器处理后，送显示器显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李淑娟，王昌，闵力，祁海峰，宋广东，赵林，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：实用新型
国别省市：37