专利名称：机电设备光纤在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
背景技术：
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。
发明内容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，本发明提供了 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。本实用新型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。本实用新型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。本实用新型有益效果是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实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的原理图；图2是本实用新型中传感器的波分复用原理图；图3 是本实用新型多路的扩展原理图；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，本实用新型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从模块化光谱仪7采集到 的数据进行分析，得到每个传感器的中心波长值，根据中心波长的变化情况计算得到所检 测的温度、应变、振动的数值，最后通过显示器10将数值显示出来。宽带光源1本实例采用的是ASE光源，光谱宽度为40nm，范围是1525nm_1565nm ；传输光缆和所有的连接光纤均采用单模光纤；光纤温度传感器4、光纤应变传感器5、光纤振动传感器6均采用布拉格光纤光栅 制成，采用顺序串行连接，但解调时不受三个传感器连接顺序影响，仅与传感器制作时中心 波长有关；光纤温度传感器4、光纤应变传感器5、光纤振动传感器6使用波分复用技术区串 联到一根光纤上，增加系统的带载量，本实例中使用λρ λ2、入3加以区分；光环形器的主要作用是实现光的能够实现输入、输出和返回，在输入和返回之间 具有较大的隔离度，避免光的串扰；输入到输出和输出到返回有比较小的插入损耗，提高光 源功率的使用率；模块化光谱仪7本实例采用1550波段的光谱仪模块，可以将1525nm-1565nm的光 信号转换为电信号，并能得到整改宽带光源1范围内的功率强度值；数据采集器8本实例采用OT采集卡，负责采集模块化光谱仪7的数据，并上传给 数据分析器9 ；数据分析器9本实例采用凌动D510处理器，能够将得到的数据进行分析，找到各 个传感器的中心波长值，并能根据定义好的工作范围加以区分，通过各自波长的变化最终 解调出温度、应变、振动数值，分析机电设备的工作状态；显示器10采用液晶显示模块，用于显示温度、应变、振动数值；在具体实施时，所以参数均为在线监测，在设备运行的过程中即可实现参数的采 集与分析。如图2所示，光纤温度传感器4、光纤应变传感器5和光纤振动传感器串联在一根 光纤上，采用波分复用技术，三个传感器的中心波长值不同，且所给定的三个工作区域不重叠，避免了温度、应变、振动三个物理参量在解调时出现混淆，本实例中λρ λ2、λ3分别表 示光纤温度、应变、振动传感器的中心波长；实施例2本实施例是另一种机电设备光纤在线监测系统，与实施例1相同之处不再赘述， 不同之处如下如图3所示，本实用新型在原理结构中的光环行器2和传输光缆3之间增加 一个光路切换模块11，传输光缆3采用多芯光缆，可实现多台机电设备上的状态参数在线 监测。光路切换模块11的主要作用是在不同光纤之间进行通道切换，可大幅提高整个系统 的容量。本实例中光路切换模块11使用光开关进行光路切换；本实用新型解决了一种机电设备光纤在线监测方案，其中包括光纤温度、应变、振 动参数的监测，信号使用光纤传输，传感元件采用光纤传感器，具有不带电、不受电磁干扰、 布线简单、耐腐蚀、动态范围大、可在线监测等优点。同时也解决了设备在运行过程中的参 数监测，实时在线分析，对设备故障提前预警，减少维护成本。
权利要求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。
2.根据权利要求1所述的机电设备光纤在线监测系统，其特征是光纤温度传感器、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。
3.根据权利要求1所述的机电设备光纤在线监测系统，其特征是宽带光源是ASE光源， 光谱宽度为40nm，范围是1525nm-1565nm。
4.根据权利要求1所述的机电设备光纤监测系统，其特征是所述传输光缆和连接光纤 均为单模光缆。
5.根据权利要求1所述的机电设备光纤监测系统，其特征是模块化光谱仪为1550波段 的光谱仪模块。
6.根据权利要求1所述的机电设备光纤监测系统，其特征是数据分析器为凌动D510处理器。
7.一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。
8.根据权利要求7所述的机电设备光纤在线监测系统，其特征是所述光路切换模块为 光开关。
9.根据权利要求8所述的机电设备光纤监测系统，其特征是光纤温度传感器、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。
10.根据权利要求8所述的机电设备光纤监测系统，其特征是宽带光源是ASE光源，光 谱宽度为40nm，范围是1525nm-1565nm ；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。
专利摘要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。
文档编号G01K11/32GK201885826SQ20102061232
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者宋广东, 李淑娟, 王昌, 祁海峰, 赵林, 闵力 申请人:山东省科学院激光研究所