專利名稱：機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機電設備在線狀態(tài)的監(jiān)測裝置，尤其涉及一種光纖監(jiān)測系 統(tǒng)。
背景技術：
機電設備安全監(jiān)測承擔著保障設備正常運行、防止運行事件發(fā)展為事故工況的功 能，對安全具有極為重要的作用。例如發(fā)電機組用以保證電力所需電源，是設備生命力的 重要組成部分，隨著自動化程度的提高，用電設備越來越多，發(fā)電機組運行的好壞直接影響 整體的安全性能。為了保證機電設備長周期、滿負荷地安全運行，越來越需要對機電設備的 運行狀態(tài)和長期發(fā)展趨勢進行監(jiān)測和預報，按照狀態(tài)對設備實行超前管理和預知維護，以 便做到防患于未然，減少突發(fā)故障和降低維修費用，提高經濟效益。實時掌握運行的各項參 數，以對發(fā)電機組等重要設備可能出現的故障做到及時預警和診斷，并進行性能維護；運行 經驗表明，機電設備因超震、超溫、超壓和腐蝕等引起的電子、機械設備故障是造成重大事 故的主要因素，影響整體運行。目前，重要機電設備的技術狀態(tài)檢查以維修過程與運行前的檢查測試為主，運行 中以設備所在系統(tǒng)的主要運行參數監(jiān)測以人工巡查為主，缺乏實時性、實效性，存在滯后問 題。人工巡查的手段主要以紅外測溫、電氣絕緣測量、電機軸承測振等為主，所需監(jiān)測設備 多，效率差。有少數設備實現了運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，如傳統(tǒng)的電子儀器儀表檢測及近代基 于PC機的虛擬儀器檢測，多采用電子傳感器，其工藝要求高、可維修性差、難于絕緣處理、 易受電磁場干擾等問題。而光纖傳感器作為一種光學式測量有更為突出的優(yōu)勢，如有較高 的靈敏度和分辨率，測量頻帶較寬，響應速度快，有較大動態(tài)范圍，體積小，傳輸距離遠，本 身不帶電，布線簡單，不受電磁干擾，抗輻射性能好，不受溫度變化的影響，耐腐蝕，可實現 單線多點測量，總體積小，適合于易燃、易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環(huán)境下 使用等，容易實現故障的實時監(jiān)測診斷。采用光纖傳感技術，對機電設備的溫度、應變、振動等多狀態(tài)參數的實時在線監(jiān)測 與分析，能夠實時、客觀的反映設備運行技術狀態(tài)，并避免不必要的停機檢修和盲目大修， 節(jié)約人力物力，提高設備利用率；通過在線故障診斷分析，發(fā)現一些潛在故障，及早進行處 理，預防故障或事故的發(fā)生，減少事故發(fā)生率，確保設備安全、長期運轉；提供發(fā)生事故的性 質和原因，縮短故障查找和檢修時間，提高檢修質量；為設計單位和生產廠家提供設備實際 運行狀況及存在的問題，有利于提高設計和制造質量等等。由此可見，對機電設備實時在線 監(jiān)測及故障診斷技術進行探索與研究，對于保證這些設備長期、可靠、高效運行，從而保證 企業(yè)的安全生產與提高經濟效益具有重大的意義與實際應用價值。
發(fā)明內容為了克服現有機電設備安全監(jiān)測不能實時在線及電子傳感器不足，本發(fā)明提供了 一種光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)可在線實時監(jiān)測設備運行的多種狀態(tài)參數，也可實現多設
3備的狀態(tài)參數同時監(jiān)測，有利于設備的統(tǒng)一運行分析、管理及故障診斷。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種機電設備光纖在線監(jiān)測系 統(tǒng)，其特征是它包括光環(huán)形器和與光環(huán)形器輸入端連接的寬帶光源，光環(huán)形器第一輸出端 通過傳輸光纜與串聯(lián)在一起的光纖溫度傳感器、光纖應變傳感器和光纖振動傳感器連接； 光環(huán)形器的第二輸出端輸出光信號至模塊化光譜儀，模塊化光譜儀將光信號轉化為電信 號，電信號經數據采集器采集后送數據分析器處理后，送顯示器顯示。寬帶光源是ASE光源，光譜寬度為40nm，范圍是1525歷_1565歷。光纖溫度傳感器、 光纖應變傳感器和光纖振動傳感器均采用布拉格光纖光柵，且工作的波長范圍互不重合。 所述傳輸光纜和連接光纖均為單模光纜。模塊化光譜儀為1550波段的光譜儀模塊。數據 分析器為凌動D510處理器。光纖溫度、光纖應變、光纖振動傳感器均采用1550nm波段的光 纖光柵制成，以不同的波長為標識加以區(qū)分，且串聯(lián)在一起的各傳感器工作的波長范圍不 重疊。寬帶光源發(fā)出的寬譜光經光環(huán)行器后接入傳輸光纜，依次進入光纖溫度、光纖應變、 光纖振動傳感器，各傳感器分別反射回帶有溫度、應變和振動信息的窄帶光柵光譜信號。模 塊化光譜儀把反射回來的光信號轉變?yōu)殡娦盘枺玫秸麄€寬帶光譜范圍內的光強度信息， 并通過數據采集器上傳到數據分析器，數據分析器進行數據分析，找到各個傳感器光柵的 中心波長，并根據定義的工作范圍區(qū)分出光纖溫度、光纖應變、光纖振動傳感器，通過分析 傳感器的波長變換情況可以得出所監(jiān)測的溫度、應變、振動參數，分析設備的運行狀態(tài)，最 終通過顯示器進行參數和狀態(tài)顯示。本實用新型還涉及到的一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括光環(huán)形 器和與光環(huán)形器輸入端連接的寬帶光源，光環(huán)形器第一輸出端依次通過光路切換模塊和傳 輸光纜與串聯(lián)在一起的光纖溫度傳感器、光纖應變傳感器和光纖振動傳感器連接，所述傳 輸光纜為單模多芯光纜；光環(huán)形器的第二輸出端輸出光信號至模塊化光譜儀，模塊化光譜 儀將光信號轉化為電信號，電信號經數據采集器采集后送數據分析器處理后送顯示器顯 示?？蓪崿F對多臺設備的在線監(jiān)測，大大提高了系統(tǒng)的帶載量。本實用新型有益效果是1、可實現多狀態(tài)參數的實時監(jiān)測及分析，通過在線故障 診斷分析，發(fā)現一些潛在故障，及早進行處理，預防故障或事故的發(fā)生，減少事故發(fā)生率，確 保設備安全、長期、滿負荷運轉；2、使用光纖傳感器，有較高的靈敏度和分辨率，測量頻帶較 寬，響應速度快，有較大動態(tài)范圍，體積小，傳輸距離遠，本身不帶電，布線簡單，不受電磁干 擾，抗輻射性能好，不受溫度變化的影響，耐腐蝕，適合于易燃、易爆、空間受嚴格限制及強 電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用；3、使用波分復用技術，可實現同一條光纖上同時串聯(lián)多個不 同參量的傳感器；4、使用光路切換模塊，可實現多設備狀態(tài)參數在線測量。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的原理圖；圖2是本實用新型中傳感器的波分復用原理圖；圖3 是本實用新型多路的擴展原理圖；圖中1-寬帶光源，2-光纖環(huán)形器，3-傳輸光纜，4-溫度 傳感器，5-應變傳感器，6-振動傳感器，7-模塊化光譜儀，8-數據采集器，9-數據分析器， 10-顯示器，11-光路切換模塊。
具體實施方式
實施例1本實施例是一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體實施方式
如下如圖1所示，本實用新型涉及一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體包括寬帶光 源1、光環(huán)器2、傳輸光纜3、光纖溫度傳感器4、光纖應變傳感器5、光纖振動傳感器6、模塊 化光譜儀7、數據采集器8、數據處理器9和顯示器10。寬帶光源1的輸出接光環(huán)形器2的 輸入端，光環(huán)形器2的輸出端接傳輸光纜3的輸入端，傳輸光纜3的輸出端接光纖溫度傳感 器4的輸入端，光纖溫度傳感器4的輸出端接光纖應變傳感器5的輸入端，光纖應變傳感器 的輸出端接光纖振動傳感器6的輸入端，光環(huán)形器2的返回端接模塊化光譜儀7接數據采 集器8的輸入端，數據采集器8的輸出端接數據處理器9的輸入端，數據處理器9的輸出端 接顯示器10。寬帶光源1發(fā)出連續(xù)的寬帶光譜，經光環(huán)形器2和傳輸光纜3，進入到光纖溫度傳 感器4、光纖應變傳感器5和光纖振動傳感器6，每個傳感器反射回一個中心波長不同的布 拉格光柵光譜，經傳輸光纜和光環(huán)形器的返回端到模塊化光譜儀7，模塊化光譜儀7經光電 轉換后得到整個光譜寬度的數據，數據分析器9將數據采集器8從模塊化光譜儀7采集到 的數據進行分析，得到每個傳感器的中心波長值，根據中心波長的變化情況計算得到所檢 測的溫度、應變、振動的數值，最后通過顯示器10將數值顯示出來。寬帶光源1本實例采用的是ASE光源，光譜寬度為40nm，范圍是1525nm_1565nm ；傳輸光纜和所有的連接光纖均采用單模光纖；光纖溫度傳感器4、光纖應變傳感器5、光纖振動傳感器6均采用布拉格光纖光柵 制成，采用順序串行連接，但解調時不受三個傳感器連接順序影響，僅與傳感器制作時中心 波長有關；光纖溫度傳感器4、光纖應變傳感器5、光纖振動傳感器6使用波分復用技術區(qū)串 聯(lián)到一根光纖上，增加系統(tǒng)的帶載量，本實例中使用λρ λ2、入3加以區(qū)分；光環(huán)形器的主要作用是實現光的能夠實現輸入、輸出和返回，在輸入和返回之間 具有較大的隔離度，避免光的串擾；輸入到輸出和輸出到返回有比較小的插入損耗，提高光 源功率的使用率；模塊化光譜儀7本實例采用1550波段的光譜儀模塊，可以將1525nm-1565nm的光 信號轉換為電信號，并能得到整改寬帶光源1范圍內的功率強度值；數據采集器8本實例采用OT采集卡，負責采集模塊化光譜儀7的數據，并上傳給 數據分析器9 ；數據分析器9本實例采用凌動D510處理器，能夠將得到的數據進行分析，找到各 個傳感器的中心波長值，并能根據定義好的工作范圍加以區(qū)分，通過各自波長的變化最終 解調出溫度、應變、振動數值，分析機電設備的工作狀態(tài)；顯示器10采用液晶顯示模塊，用于顯示溫度、應變、振動數值；在具體實施時，所以參數均為在線監(jiān)測，在設備運行的過程中即可實現參數的采 集與分析。如圖2所示，光纖溫度傳感器4、光纖應變傳感器5和光纖振動傳感器串聯(lián)在一根 光纖上，采用波分復用技術，三個傳感器的中心波長值不同，且所給定的三個工作區(qū)域不重疊，避免了溫度、應變、振動三個物理參量在解調時出現混淆，本實例中λρ λ2、λ3分別表 示光纖溫度、應變、振動傳感器的中心波長；實施例2本實施例是另一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，與實施例1相同之處不再贅述， 不同之處如下如圖3所示，本實用新型在原理結構中的光環(huán)行器2和傳輸光纜3之間增加 一個光路切換模塊11，傳輸光纜3采用多芯光纜，可實現多臺機電設備上的狀態(tài)參數在線 監(jiān)測。光路切換模塊11的主要作用是在不同光纖之間進行通道切換，可大幅提高整個系統(tǒng) 的容量。本實例中光路切換模塊11使用光開關進行光路切換；本實用新型解決了一種機電設備光纖在線監(jiān)測方案，其中包括光纖溫度、應變、振 動參數的監(jiān)測，信號使用光纖傳輸，傳感元件采用光纖傳感器，具有不帶電、不受電磁干擾、 布線簡單、耐腐蝕、動態(tài)范圍大、可在線監(jiān)測等優(yōu)點。同時也解決了設備在運行過程中的參 數監(jiān)測，實時在線分析，對設備故障提前預警，減少維護成本。
權利要求1.一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括光環(huán)形器和與光環(huán)形器輸入端通 過連接光纖連接的寬帶光源，光環(huán)形器第一輸出端通過傳輸光纜與串聯(lián)在一起的光纖溫度 傳感器、光纖應變傳感器和光纖振動傳感器連接；光環(huán)形器的第二輸出端輸出光信號至模 塊化光譜儀，模塊化光譜儀將光信號轉化為電信號，電信號經數據采集器采集后送數據分 析器處理后，送顯示器顯示。
2.根據權利要求1所述的機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是光纖溫度傳感器、光 纖應變傳感器和光纖振動傳感器均采用布拉格光纖光柵，且工作的波長范圍互不重合。
3.根據權利要求1所述的機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是寬帶光源是ASE光源， 光譜寬度為40nm，范圍是1525nm-1565nm。
4.根據權利要求1所述的機電設備光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述傳輸光纜和連接光纖 均為單模光纜。
5.根據權利要求1所述的機電設備光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是模塊化光譜儀為1550波段 的光譜儀模塊。
6.根據權利要求1所述的機電設備光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是數據分析器為凌動D510處理器。
7.一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括光環(huán)形器和與光環(huán)形器輸入端通 過連接光纖連接的寬帶光源，光環(huán)形器第一輸出端依次通過光路切換模塊和傳輸光纜與串 聯(lián)在一起的光纖溫度傳感器、光纖應變傳感器和光纖振動傳感器連接，所述傳輸光纜為單 模多芯光纜；光環(huán)形器的第二輸出端輸出光信號至模塊化光譜儀，模塊化光譜儀將光信號 轉化為電信號，電信號經數據采集器采集后送數據分析器處理后送顯示器顯示。
8.根據權利要求7所述的機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光路切換模塊為 光開關。
9.根據權利要求8所述的機電設備光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是光纖溫度傳感器、光纖應 變傳感器和光纖振動傳感器均采用布拉格光纖光柵，且工作的波長范圍互不重合。
10.根據權利要求8所述的機電設備光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是寬帶光源是ASE光源，光 譜寬度為40nm，范圍是1525nm-1565nm ；所述傳輸光纜和連接光纖均為單模光纜；模塊化光 譜儀為1550波段的光譜儀模塊；數據分析器為凌動D510處理器。
專利摘要一種機電設備光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括光環(huán)形器和與光環(huán)形器輸入端通過連接光纖連接的寬帶光源，光環(huán)形器第一輸出端通過傳輸光纜與串聯(lián)在一起的光纖溫度傳感器、光纖應變傳感器和光纖振動傳感器連接；光環(huán)形器的第二輸出端輸出光信號至模塊化光譜儀，模塊化光譜儀將光信號轉化為電信號，電信號經數據采集器采集后送數據分析器處理后，送顯示器顯示。它主要是通過波分復用技術在一條光纖上實現溫度、應變、振動的在線監(jiān)測，通過對不同參數的在線分析，得出設備的運行狀態(tài)，也可以找到故障發(fā)生時的原因和位置；同時，系統(tǒng)在增加光路切換模塊后可實現多設備的狀態(tài)參數在線監(jiān)測，提高系統(tǒng)帶載量，為多個設備的參數分析和管理提供依據。
文檔編號G01K11/32GK201885826SQ20102061232
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者宋廣東, 李淑娟, 王昌, 祁海峰, 趙林, 閔力 申請人:山東省科學院激光研究所