振动传感器的制造方法
【专利摘要】一种传感器，包括适于固定到位于由传感器所监测的一系统内的部件上的壳体、光纤和膜弹簧组件。光纤包括含有光纤布拉格光栅的感测部，其能够进行由光纤在第二位置处相对于第一位置的移动产生的膨胀和收缩。膜弹簧组件包括膜盘，其中膜盘的中央部的移动会导致光纤在第二位置处相应地移位，以使光纤的包含光纤布拉格光栅的感测部膨胀和收缩，该膨胀和收缩会改变被光纤布拉格光栅反射的光的波长。被光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量膜盘的中央部的移动。
【专利说明】振动传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动传感器，更具体地涉及一种包括含有光纤布拉格光栅的光纤的振动传感器。
【背景技术】
[0002]在发电场领域中使用的发电机包括定子绕组，其具有压入到基体中狭槽之中的大量导体或定子线棒，特别是叠片式定子铁芯或转子体。这样的发电机代表非常昂贵和长期的投资。它的失效不仅危及电力设备本身，而且由于与维修相关联的停机时间也可能造成非常严重的服务下降。
[0003]为了避免这样的状况，诊断系统已被研发用于缺陷的早期识别。由于发电机内电压非常高，用于发电机的诊断系统通常使用传感器技术，其避免电导线在它们被部署在处于较高电压的结构上的情况下可能导致向地面电弧放电。例如，在发电机内的感测信号通过诸如玻璃光纤等光导体进行输送。
【发明内容】
[0004]依据本发明的第一方面，提供了一种包括壳体、光纤和膜弹簧组件的传感器。壳体适于固定到一部件，该部件位于要由传感器监测的一系统内。光纤在相对于壳体固定的第一位置以及可相对于壳体移动的第二位置固定在壳体内，使得光纤的位于第一位置和第二位置之间的感测部能够进行由光纤在第二位置处相对于第一位置的移动产生的膨胀和收缩。光纤的感测部包含光纤布拉格光栅。膜弹簧组件位于壳体中并包括膜盘(membranedisc)，膜盘具有相对于壳体固定的固定部和可相对于壳体移动的中央部。中央部在第二位置处相对于光纤而固定，使得中央部的移动会导致光纤在第二位置处相应地移位，以使光纤的包含光纤布拉格光栅的感测部膨胀和收缩。光纤的感测部的膨胀和收缩会改变由光纤布拉格光栅反射的光的波长。由光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量膜盘的中央部的移动。
[0005]依据本发明的第二方面，提供了一种包括传感器的传感器系统。传感器包括壳体、膜弹簧组件和光纤。壳体适于固定到一部件，该部件位于要由传感器系统监测的一系统内。膜弹簧组件位于壳体中，并包括膜盘以及第一高度盘和第二高度盘。膜盘具有相对于壳体固定的固定部和可相对于壳体移动的可移动部。第一高度盘和第二高度盘位于膜盘的相对侦lJ,并限制膜盘的可移动部的最大位移挠曲。光纤位于壳体内，并包括相对于壳体固定的第一部分、包含光纤布拉格光栅的第二部分以及相对于膜盘的可移动部固定的第三部分。光纤的第二部分位于光纤的第一部分和第三部分之间，使得包含光纤布拉格光栅的第二部分能够进行由膜盘的可移动部相对于壳体的移动产生的膨胀和收缩。光纤的第二部分的膨胀和收缩改变了由光纤布拉格光栅反射的光的波长。由光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量膜盘的可移动部的移动。
[0006]依据本发明的第三个方面，提供了一种包括传感器的传感器系统。传感器包括壳体、膜弹簧组件和光纤。壳体适于固定到一部件，该部件位于要由传感器系统监测的一系统内。膜弹簧组件位于壳体中，并包括膜盘以及第一膜止动件和第二膜止动件。膜盘具有相对于壳体固定的固定部和可相对于壳体移动的可移动部。第一膜止动件和第二膜止动件位于膜盘的相对侧，并限制膜盘的可移动部的最大位移挠曲。光纤位于壳体内，并包括相对于壳体固定的第一部分、包含光纤布拉格光栅的第二部分以及相对于膜盘的可移动部固定的第三部分。光纤的第二部分位于光纤的第一部分和第三部分之间，使得包含光纤布拉格光栅的第二部分能够进行由膜盘的可移动部相对于壳体的移动产生的膨胀和收缩。光纤的第二部分的膨胀和收缩改变了由光纤布拉格光栅反射的光的波长。由光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量膜盘的可移动部的移动。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]虽然说明书结尾用权利要求书特别指出并清楚地要求保护本发明，但应认为，根据以下描述结合附图将更好地理解本发明，在图中相同的附图标记标识相同的元件，并且其中:
[0008]图1是示出发电机的设置有根据本发明实施例的振动传感器的定子铁芯的一部分的透视图；
[0009]图2是图1中所示振动传感器的内部部件的放大透视图；
[0010]图3是图2中所示振动传感器的选中部件的放大透视图；
[0011]图4是图2中所示振动传感器的分解透视图；
[0012]图5-9是示出在操作发电机期间根据本发明实施例的振动传感器的示例性输出的曲线图；
[0013]图10是包括根据本发明实施例的多个振动传感器的传感器系统的示意图；以及
[0014]图11和12是用于依据本发明的振动传感器中的膜盘的替代构造的透视图。
【具体实施方式】
[0015]在对优选实施例的以下详细描述中，参考构成其一部分的附图，以说明的方式而不是以限制的方式示出了可以实践本发明的特定的优选实施例。应当理解，可以利用其它的实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出改变。
[0016]参考图1，用于发电机的定子10的一部分被示出并包括定子铁芯12，定子铁芯12包括限定径向延伸狭槽16的多个定子齿14。定子铁芯12包括定子线圈18，定子线圈18包括位于每个狭槽16中的一个或多个定子线棒20。在图示的实施例中，一对定子线棒20以堆叠关系位于每个狭槽16内。定子线棒20可以包裹在形成接地壁绝缘的绝缘层(未示出)中。
[0017]线棒20可以由保持结构24保持在适当的位置，保持结构24包括一个或多个填料构件，诸如从位于内层的定子线棒20中沿径向向内布置在狭槽16中的顶部狭槽填料26和顶部波纹弹簧28。保持结构24还可以包括安装在狭槽16中的楔子30，其从顶部波纹弹簧28沿径向向内定位，以预定的松紧度压缩位于狭槽16中的定子线棒20并基本上限制线棒20相对于定子铁芯12的移动。虽然这对定子线棒20的位置基本上由保持结构24维持，但响应于发电机内的振动仍然会使定子线棒20发生一定程度的弯曲运动，在线棒20的材料中导致应力。
[0018]另外参考图2，根据本发明实施例的振动传感器50安装到选定的一个定子线棒20'，并在图1中示出为安装到选定定子线棒20'的端部20A。应当注意，定子铁芯12的另外的定子线棒20可以包括另外的振动传感器50。还应当注意，振动传感器50可以在除端部20A之外的位置、诸如其顶部20B或侧部20C(见图1)安装到选定定子线棒20'。
[0019]依据本发明，选定定子线棒20'的振动以及振动传感器50的状况即结构状况可以经由振动传感器50提供的信号进行监测。也就是说，振动传感器50提供的信号包括传感器数据，其中传感器数据被监测以确定选定定子线棒20'的振动并且确定依据本发明实施例的振动传感器50的状况，这将在本文中进行描述。振动传感器50提供的信号包括具有基本循环变化的值的动态测量信号，并指示定子线棒20中的应力水平。特别地，测量信号可以包括位移信号，其可以一次微分来提供选定定子线棒20'的端部20A的速度数据，并两次微分来提供加速度数据。
[0020]参考图2-4，振动传感器50包括壳体52 (图2和4)，其包含振动传感器50的内部部件，这将在本文中描述。应当注意，在图3中只示出了振动传感器50的选定部件，以便更清楚地说明这些选定部件并便于有效地描述其功能。
[0021]振动传感器50包括光纤传感器,其包括光纤布拉格光栅(FBG) 54,FBG54由形成在光纤导体(FOC) 58上的折射光栅率限定，见图3和4。FBG54的折射光栅以预定间距形成，用来反射以包括光栅特定的中央布拉格波长λ。的预定波长穿过F0C58的光。F0C58包括可弹性变形的材料，诸如在常规布拉格光栅传感器中使用的光纤，并且它可以响应于在FBG54任一侧施加的力来膨胀和收缩。如下面更详细地描述的，F0C58可以连接到可偏转的质量块，它可以相对于同样连接到F0C58的框架移位。与选定定子线棒20'的振动对应的质量块相对于框架的移位可以造成对F0C58产生周期性的弹性膨胀和收缩，使得从FBG54反射的光的测量波长λ可以关于中央布拉格波长λ 周期性地变化。可以以常规方式监测并处理从FBG54反射的光的测量波长λ的周期性变化，以确定位于选定定子线棒20'的区域中的发电机的状况。
[0022]诸如宽带光源的光辐射源56在耦合器60处耦合到F0C58，以向振动传感器50提供光辐射，见图2-4。光辐射源56提供预定范围内的光的波长(或频率)，与振动传感器50的中央布拉格波长λ 的反射响应相对应。来自振动传感器50的反射光通过F0C58被传递回来，并经由耦合器60在处理器62或频谱分析仪处被接收，这将在本文中描述。[0023]参考图2，F0C58通过形成在壳体52的壁中的孔隙64进入壳体52。如图3所示，F0C58的第一部分58A延伸穿过孔66A，孔66A穿过振动传感器50的锚定构件66形成。使用合适的固定过程，如通过将F0C58的第一部分58A胶粘或胶接到孔66A内的锚定构件66，F0C58的第一部分58A在孔66A内的第一位置L1 (见图3)固定到锚定构件66。锚定构件66延伸穿过在锚定板结构68中形成的孔68A，并被螺纹固定到芯支撑件70，见图4。锚定板结构68用于限定位于锚定板结构68的腿部69中的凹槽69A和锚定构件66之间的F0C58的挠曲，并用于将F0C58的第一部分58A保持在合适的位置。锚定板结构68经由多个螺栓72固定到芯支撑件70，芯支撑件70经由多个螺栓74联接到壳体52的下部52A，见图2。芯支撑件70在结构上支撑锚定板结构68、锚定构件66以及F0C58的在壳体52的下部52A内第一位置L1处的第一部分58A，使得这些部件相对于壳体52固定。[0024]如图4所示，锚定构件66的螺纹式端部66B螺纹地接收于通过芯支撑件70形成的螺纹开口 70A中。F0C58在锚定构件端部66B处延伸出孔66A，并接收于延伸通过指示器构件80的孔80A中(见图3)，该指示器构件80将在本文中描述。F0C58的在锚定构件66和指示器构件80之间延伸的第二部分58B能够进行膨胀和收缩，并包括F0C58的含有上述FBG54的感测部。
[0025]如图4所示，指示器构件80的螺纹式第一端部80B螺纹地接合在第一质量块82的螺纹孔82A中，以支撑在其上的第一质量块82 ;而指示器构件80的螺纹式第二端部80C螺纹地接合在第二质量块84的螺纹孔84A中，以支撑在其上的第二质量块84。根据本发明一个实施例的第一质量块82和第二质量块84每个的重量约为20-30克,但是取决于振动传感器50的特定结构以及将它应用于其中的发电机，质量块82、84可以具有其它重量。与质量块82、84有关的更多细节将在本文中讨论。
[0026]使用合适的固定过程，如通过将F0C58的第三部分58C胶粘或胶接到孔80A内的指示器构件80，F0C58的第三部分58C(见图3)在孔80A内的第二位置L2处固定到指示器构件80的第二端部80C。如将在本文中所论述的，F0C58的在第二位置L2处的第三部分58C可相对于壳体52移动。
[0027]参考图2-4，膜弹簧组件90与指示器构件80相关联。如图4最清楚地示出的，膜弹簧组件90包括第一膜止动件92、第一高度盘94、膜盘96、第二高度盘98和第二膜止动件100。膜弹簧组件90的这些部件最好由不锈钢形成，并经由多个螺栓102联接到一起。
[0028]螺栓102接合间隔构件104的螺纹孔104A，以将膜弹簧组件90联接到间隔构件104 (见图2和4)，该间隔构件104经由多个螺栓105联接到芯支撑件70。芯支撑件70和间隔构件104定义了质量-弹簧支撑结构107，用于将膜盘96的外周部有效地联接到壳体52，以便将膜盘96的外周部有效地联接到选定定子线棒20'。也就是说，膜盘96的外周部包括固定部，固定部在结构上经由芯支撑件70支撑在壳体52内并相对于壳体52和选定定子线棒20'固定。提供间隔构件104是为了在膜弹簧组件90和芯支撑件70之间维持希望的距离，但是在操作发电机期间与传递到振动传感器50的振动相对应，膜盘96在振动传感器50的中心轴线Ca的方向上少量弯曲(见图2)，这将在本文中讨论。
[0029]如图3和4所示，第一螺母106和第二螺母108位于各自第一质量块82和第二质量块84与膜盘96之间。质量块82、84和螺母106、108有效地将膜盘96困于其间，并用来通过将螺母106、108接合到中央部任一侧而将膜盘96的可移动的(相对于壳体52)中央部联接到指示器构件80。指示器构件80经由在第二位置L2处将F0C58的第三部分58C联接于指示器构件80的孔80A内而有效地联接到F0C58的含有FBG54的第二部分58B。因此，膜盘96的中央部有效地联接到F0C58的含有FBG54的第二部分58B，使得选定定子线棒20'的振动运动以及振动传感器50和膜盘96外周部的相应移动造成F0C58的含有FBG54的第二部分58B移位。也就是说，膜盘96的中央部以及第一质量块82和第二质量块84相对于彼此固定但可相对于壳体52移动，并形成质量-弹簧系统110 (见图2)。质量-弹簧系统110支撑到质量-弹簧支撑结构107，其中由从选定定子线棒20'传递到壳体52的振动产生的膜盘96中央部的弯曲运动会导致F0C58的含有FBG54的第二部分58B相应地膨胀和收缩，这将在本文中论述。
[0030]位于膜盘96相对侧的第一高度盘94和第二高度盘98包括在其中限定各自中心孔隙94A、98A(见图4)的环状构件。第一高度盘94和第二高度盘98阻尼膜盘96的中央部的振动运动，以便限制膜盘96的最大位移挠曲，从而限制F0C58的第二部分58B的膨胀/收缩量，以防止F0C58断裂。具体而言，通过在传感器50的径向向内方向上即在平行于传感器50中心轴线Ca的方向上限制膜盘96外周部的移动，第一高度盘94限制膜盘96中央部的最大位移挠曲，以有效地限制FOC58的第二部分58B的收缩量。类似地，通过在径向向外方向上限制膜盘96外周部的移动，第二高度盘98限制膜盘96中央部的最大位移挠曲，以有效地限制FOC58的第二部分58B的膨胀量。应当注意，高度盘94、98中孔隙94A、98A的尺寸可以修改，以控制由高度盘94、98设置的膜盘96中央部的振动运动阻尼量。
[0031]第一膜止动件92和第二膜止动件100也限制膜盘96的最大位移挠曲，从而限制F0C58的第二部分58B的膨胀/收缩量，以防止F0C58断裂。具体而言，第一膜止动件92用作接触膜盘96中央部的物理止动，以限制膜盘96中央部沿径向向内方向的移动，以有效地限制F0C58的第二部分58B的收缩量。类似地，第二膜止动件100用作接触膜盘96中央部的物理止动，以限制膜盘96中央部沿径向向外的方向的移动，以有效地限制F0C58的第二部分58B的膨胀量。
[0032]应当注意，位于膜止动件92、100中的孔隙92A、100A的尺寸(见图4)和/或高度盘94、98的厚度可以变化，以控制对由膜止动件92、100设置的膜盘96中央部的振动运动的限制。还应当注意，虽然膜盘96的外周部相对于壳体52固定，且膜盘96的中央部可相对于壳体52移动,但传感器50可以如此构造使得膜盘96的外周部可相对于壳体52移动，膜盘96的中央部相对于壳体52固定。也就是说，第一高度盘94和第二高度盘98可以将膜盘96的中央部困于其间，同时允许外周部沿径向弯曲。在这样的构造中，膜盘96的外周部或其至少一部分可以在结构上或直接地或间接地联接到F0C58的第二部分58B。
[0033]此外，虽然位于膜止动件92、100中的孔隙92A、100A的尺寸在所示实施例中是固定的，但孔隙92AU00A的尺寸可以是可变的，这样在操作发电机期间它们的尺寸可以手动或自动调节，以改变膜盘96的最大位移挠曲。这可以以与光阑机构在相机中进行操作类似的方式来完成，这对本领域技术人员将是显而易见的。
[0034]在优选的实施例中，第一膜止动件92和第二膜止动件100是与高度盘94、98分开的部件。然而，应当注意，高度盘94、98可以与各自的膜止动件92、100 —体地形成，即作为阶梯式部件。
[0035]在操作发电机期间，经由将传感器壳体52附接至定子线棒20'的端部20A，选定定子线棒2(V的振动或振动运动造成传感器壳体52的相应振动运动。经由将芯支撑件70联接到传感器壳体52的下部52A，传感器壳体52的振动运动转移到质量_弹簧支撑结构107。由于膜盘96的外周部固定到质量-弹簧支撑结构107，壳体52的振动运动传递到膜盘96的外周部。在膜盘96的中央部，质量块82、84的惯量有效地抵抗膜盘96中央部的移动，并导致膜盘96响应于传递给膜盘96固定外周部的振动运动而弯曲。因此，膜盘96可以以与选定定子线棒20'的(一个或多个)驱动频率对应的频率振动。
[0036]由于F0C58的第三部分58C通过指示器构件80即在第二位置L2处联接到膜盘96的中央部，并且F0C58的第一部分58A通过锚定构件66即在第一位置LI处联接到支撑结构70，所以膜盘96中央部的移位、即由质量-弹簧支撑结构107传递到膜盘96的振动导致的移位会造成F0C58的第二部分58B以与选定定子线棒20'的(一个或多个)振动频率对应的(一个或多个)频率相应地膨胀和收缩。应当注意，F0C58在预拉伸状况下可优选地附接至锚定构件66和指示器构件80。因此，传递到膜盘96的振动运动造成FOC58进一步膨胀或收缩。还应当注意，FOC58的这种膨胀和收缩非常小，即处于微米级。在宏观尺度上，膜盘96的移动和FOC58的相应移动几乎察觉不到，但FBG54所产生的膨胀和收缩会导致被FBG54反射的波长λ的可检测的变化。反射波长λ的变化是FOC58膨胀和收缩幅度的直接测量结果，这直接关系到由壳体52振动运动导致的膜盘96的移位。以这种方式，可以测量膜盘96的弯曲运动，并可以用来确定与选定定子线棒20，的端部20Α的振动相关联的位移。
[0037]在FBG54处产生的采用反射波长λ形式的数据可以通过F0C58经由耦合器60传递回到处理器62。处理器62可以在随时间变化的基础上处理数据，即波长λ的变化，以确定与数据相关联的加速度。此外，处理器62可以基于波长随时间的变化而确定振动频率。特别地，除了与选定定子线棒20'上的传感器50的位移和/或加速度相对应的由处理器62接收的数据之外，处理器62可以处理数据以识别所关注的频率，包括在所关注的频率下的位移和/或加速度的幅值。这样一个所关注的频率对应于由膜盘96和质量块82、84所形成的质量-弹簧系统110的固有频率。
[0038]在常规的加速计传感器设计中，可取的是设计质量-弹簧系统，使得质量-弹簧系统的固有频率基本上不同于由传感器监测的系统中的振动频率。特别地，在常规的传感器设计中常见的是，将传感器的固有频率设计为基本上高于要测量系统的频率。在传感器的固有频率和在被监测系统上收集数据的频率之间提供相当大的差别，使得与来自传感器的固有频率输入相关联的失真不太可能作为所收集数据中的噪声干扰。
[0039]依据本发明的一个方面，传感器50的质量-弹簧系统110的固有频率设计为比较接近于要监测的系统的驱动频率。特别地，该系统被设计为具有较高的灵敏度，这会造成传感器50的质量-弹簧系统110的固有频率降低。例如，对于其中大多数监测频率可以包括通常小于约250Hz的谐波频率的发电机，传感器50的设计可以包括大于约400Hz的固有频率，例如约410Hz。然而，应当注意，振动传感器50的设计可以更改，使得其固有频率专门用在其它类型的具有其它频率的待监测系统中。例如，第一质量块82和第二质量块84的重量和/或高度盘94、98的中心孔隙94、98A的尺寸可以更改，以有效地改变振动传感器50的固有频率。此外，传感器50的灵敏度可以通过改变膜盘96的厚度、直径和/或刚性而得到进一步的调整。
[0040]从振动传感器50输出的传感器数据包括:代表系统中的振动的数据，即，对应于在选定定子线棒20'处产生的振动位移；以及代表振动传感器50固有频率的数据，该数据通过耦合器60由F0C58输送到处理器62。该数据由处理器62实时监测。与膜盘96的位移变化对应的传感器数据用于获得幅值(位移)测量结果以获得传感器50的振动，以及获得传感器50的固有频率。
[0041]图5示出一曲线图，其示出了在传感器数据进行快速傅立叶变换(FFT)之后在正常操作状况下振动传感器50的频率的典型输出频谱。如膜盘96处所测量的选定定子线棒20'的振动在曲线图中由标号Fv描绘。Fvi和Fv2是振动Fv的谐波。振动传感器50的固有频率在曲线图中由标号Fn描绘。应当注意，振动传感器50的固有频率独立于在发电机内发生的振动。也就是说，传感器50的固有频率Fn的偏差通常将不影响或不导致选定定子线棒20'的测量的振动Fv的明显偏差，反之亦然。如上所述，由振动传感器50所感测到的大部分振动包括小于振动传感器固有频率的谐波频率，即，在上述具体示例中，由振动传感器50所感测到的大部分振动包括小于250Hz的谐波频率，而示例性振动传感器的固有频率可以约为410Hz。
[0042]处理器62监测传感器数据，以寻找可能导致损坏发电机部件的振动。如果所监测的振动Fv被确定位于希望幅值或频率范围之外，则至少一个系统操作参数可以改变，以更改发电机中发生的振动。例如，可以减少发电机的负载，或者可以更改用于冷却发电机的气体或水的温度。
[0043]处理器62也寻找代表振动传感器50固有频率Fn的数据的改变，这样的改变可以表明在振动传感器50中的结构损坏，例如裂纹。也就是说，根据本实施例，振动传感器50的固有频率包络线的峰值约为410Hz。如果该值与410Hz的偏差为预定量，诸如至少约5Hz，则振动传感器50可以具有结构损坏，并可能需要修理或更换。因此，如果振动传感器50固有频率的峰值与410Hz的偏差至少约为5Hz时，即如图6所示减小，或如图7所示增加，则振动传感器50可以停止工作(flagged)以修理/更换。其它因素也可以用来触发振动传感器50的停止工作，如振动传感器50固有频率的频率包络线膨胀或收缩的情况，分别在图8和9中描绘。应当注意，图6-9中的虚线代表如图5所示在正常操作状况下振动传感器50的频率包络线，并表示在图6-9中以说明在这些曲线图中振动传感器50的频率偏差。
[0044]如果振动传感器50停止工作，则它可以从选定定子线棒20'中去除并可以处于服务中，例如修理或更换。然后可以将新的振动传感器(或修复的振动传感器50)布置在选定定子线棒20'上。
[0045]由于振动传感器50的状况连同选定定子线棒20'的振动一起被监测，所以对振动传感器50的任何损坏可以在早期阶段检测到，并可以无需振动传感器50的物理检查而执行。此外，由于代表振动传感器50固有频率数据连同代表选定定子线棒20'振动Fv的数据一起固有地传递通过F0C58，所以不需要专用工具来监测振动传感器50的状况。
[0046]参考图10，示出了系统200，用于监测发电机201的操作状况。系统200包括至少一个振动传感器，诸如上述的振动传感器50，并可优选地包括多个振动传感器50a-f，各振动传感器50a-f联接到如上面所述的相应定子线棒。
[0047]系统200中的各振动传感器50a_f与传感器数据通信并将传感器数据发送到例如发电场数据采集系统等处理器202，所述传感器数据包括代表由相应振动传感器50a-f接收的振动的数据以及代表如上所述相应振动传感器50a-f固有频率的数据。此外，系统200中的各振动传感器50a-f具有独特的FBG54a-f，FBG54a-f具有与特定传感器50a_f对应的独特的中央布拉格波长Xtlt5诸如宽带光源等光辐射源56联接到向振动传感器50a-f延伸的多个F0C58a-f，以向振动传感器50a-f提供光辐射。宽带光源提供的光的范围对应于由传感器50a-f的FBG54a-f代表的反射波长。处理器202可以以从传感器50a_f的各FBG54a-f反射的独特的波长范围来识别从传感器50a-f接收到的数据源。
[0048]处理器202获取对应于各振动传感器50a_f的传感器数据。如果被监测的传感器数据表明所发生振动是在预定范围之外，则发电机201的一个或多个操作状况可以改变，以更改在其中发生的振动。此外，如果被监测的传感器数据表明任一振动传感器50a-F的固有频率偏离其正常频率，例如有所减少或增加，或者如果频率包络线膨胀或收缩，则如上所述振动传感器50可以停止工作以修理/更换。
[0049]参考图11和12，示出了用于根据本发明其它实施例的振动传感器的膜盘300、400。图11所示的膜盘300包括大致圆形的形状，其具有从其外边缘去除或以其它方式缺少的凹圆整部或轮廓部302、304、306、308，即各部302、304、306、308从其外边缘沿径向向内延伸；而图12所示的膜盘400包括大致圆形的形状，其具有从其外边缘去除或以其它方式缺少的更大的凹双曲线形部402、404、406、408，即各部402、404、406和408从其外边缘沿径向向内延伸。通过去除各部302-308和402-408，膜盘300、400变得更容易弯曲，它转换为使膜盘300、400的固有频率降低。另外，由于膜盘300、400更容易偏转，所以各自振动传感器所固定的定子线棒的振动的更小幅值变化将造成膜盘300、400更容易弯曲，向传感器提供了更高的灵敏度。另外，在图12的实施例中，应当认为，双曲线形限定了由从膜盘400去除的材料制成的各部402-408，所述双曲线形使膜盘400的调整能够符合希望的设计标准。此外，被去除的各部402-408的双曲线形在膜盘400上提供了非常低的结构应力，从而减少了盘400中裂纹形成的可能性。
[0050]虽然本文所描述的传感器数据的监测是就使用振动传感器50进行描述的，但本发明的系统和方法可以用任何传感器来实现，只要该传感器提供了包括代表传感器固有频率的数据的输出即可。此外，虽然在本文中描述的是被监测的发电机内的状况，但可以使用本文所描述的系统和方法来监测其它类型的系统，即本文所描述的系统和方法不期望限于监测发电机内的状况。
[0051]虽然已经说明和描述了本发明的特定实施例，但对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种其它的改变和修改。因此，在所附权利要求中意在覆盖在本发明范围内的所有这样的改变和修改。
【权利要求】
1.一种传感器,包括: 壳体，所述壳体适于固定到一部件，所述部件位于要由传感器监测的一系统内； 光纤，所述光纤在相对于所述壳体固定的第一位置以及可相对于所述壳体移动的第二位置固定在所述壳体内，使得所述光纤的位于所述第一位置和第二位置之间的感测部能够进行由所述光纤在所述第二位置处相对于所述第一位置的移动产生的膨胀和收缩，所述光纤的所述感测部包含光纤布拉格光栅； 膜弹簧组件，所述膜弹簧组件位于所述壳体中，所述膜弹簧组件包括: 膜盘，所述膜盘具有相对于所述壳体固定的固定部和可相对于所述壳体移动的中央部，所述中央部在所述第二位置处相对于所述光纤被固定，使得所述中央部的移动会导致所述光纤在所述第二位置处相应地移位，以使所述光纤的包含所述光纤布拉格光栅的所述感测部膨胀和收缩；并且 其中，所述光纤的所述感测部的膨胀和收缩会改变由所述光纤布拉格光栅反射的光的波长，其中被所述光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量所述膜盘的所述中央部的移动。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述光纤在预拉伸状况下在所述第一位置和第二位置固定在所述壳体内。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述膜弹簧组件还包括位于所述膜盘相对侧的第一高度盘和第二高度盘，所述第一高度盘和第二高度盘限制所述膜盘的最大位移挠曲。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中，所述高度盘适于接触所述膜盘的外周部，以阻尼所述膜盘的所述中央部的振动运动，从而限制所述光纤的所述感测部的膨胀和收缩的量。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述膜弹簧组件还包括位于所述膜盘相对侧的第一膜止动件和第二膜止动件，所述膜止动件限制所述膜盘的最大位移挠曲。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述膜止动件适于接触所述膜盘的所述中央部，以限制所述中央部的振动运动，从而限制所述光纤的所述感测部的膨胀和收缩的量。
7.根据权利要求1所述的传感器，还包括指示器构件，所述指示器构件在所述第二位置处固定到所述光纤并联接到所述膜盘的所述中央部，以将所述光纤有效地联接到所述膜盘。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述膜盘形成质量-弹簧系统的部分，所述质量-弹簧系统还包括位于所述膜盘相对侧的第一质量块和第二质量块，其中所述质量块的惯量有效地抵抗所述膜盘的所述中央部的移动，并导致所述膜盘响应于所述膜盘的所述固定部的运动而弯曲。
9.根据权利要求1所述的传感器，还包括联接到所述壳体的芯支撑件，所述芯支撑件为所述膜盘的所述固定部并为所述第一位置处的所述光纤提供有效的结构支撑。
10.根据权利要求9所述的传感器，还包括位于所述芯支撑件和所述膜弹簧组件之间的间隔构件，所述间隔构件维持所述芯支撑件和所述膜弹簧组件之间的期望距离。
11.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述膜盘包括大致圆形的形状，所述大致圆形的形状具有从其外边缘沿径向向内延伸的凹轮廓部。
12.—种传感器系统,包括: 传感器，所述传感器包括: 壳体，所述壳体适于固定到一部件，所述部件位于要由传感器系统监测的一系统内； 膜弹簧组件，所述膜弹簧组件位于所述壳体中，所述膜弹簧组件包括: 膜盘，所述膜盘具有相对于所述壳体固定的固定部和可相对于所述壳体移动的可移动部；以及 第一高度和第二高度盘，所述第一高度盘和第二高度盘位于所述膜盘的相对侧，所述第一高度盘和第二高度盘限制所述膜盘的所述可移动部的最大位移挠曲； 光纤，所述光纤位于所述壳体内，所述光纤包括: 相对于所述壳体固定的第一部分； 包含光纤布拉格光栅的第二部分；以及 相对于所述膜盘的所述可移动部固定的第三部分，其中所述光纤的所述第二部分位于所述光纤的所述第一 部分和第三部分之间，使得包含所述光纤布拉格光栅的所述第二部分能够进行由所述膜盘的所述可移动部相对于所述壳体的移动产生的膨胀和收缩； 其中，所述光纤的所述第二部分的膨胀和收缩改变了被所述光纤布拉格光栅反射的光的波长，其中被所述光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量所述膜盘的所述可移动部的移动。
13.根据权利要求12所述的传感器系统，其中: 所述膜盘的所述固定部包括外周部； 所述膜盘的所述可移动部包括中央部；并且 所述高度盘与所述膜盘的所述外周部接触，以阻尼所述膜盘的所述中央部的振动运动，从而限制所述光纤的包含所述光纤布拉格光栅的所述第二部分的膨胀和收缩的量。
14.根据权利要求13所述的传感器系统，其中，所述高度盘包括在其中限定中心孔隙的环状构件，其中所述孔隙的尺寸控制由所述高度盘设置的所述膜盘的所述中央部的振动运动的阻尼量。
15.根据权利要求12所述的传感器系统，还包括: 光源，所述光源向所述光纤的端部供给光；以及 分析仪，所述分析仪分析被所述光纤布拉格光栅反射的光。
16.根据权利要求15所述的传感器系统，还包括多个所述传感器，每个所述传感器接收来自所述光源的光并在所述传感器的所述光纤第二部分中具有独特的光纤布拉格光栅，其中所述分析仪针对传感器系统中的每个传感器来分析被所述光纤布拉格光栅反射的光。
17.—种传感器系统,包括: 传感器，所述传感器包括: 壳体，所述壳体适于固定到一部件，所述部件位于要由传感器系统监测的一系统内； 膜弹簧组件，所述膜弹簧组件位于所述壳体中，所述膜弹簧组件包括: 膜盘，所述膜盘具有相对于所述壳体固定的固定部和可相对于所述壳体移动的可移动部；以及 第一膜止动件和第二膜止动件，所述第一膜止动件和第二膜止动件位于所述膜盘的相对侧，所述第一膜止动件和第二膜止动件限制所述膜盘的所述可移动部的最大位移挠曲；光纤，所述光纤位于所述壳体内，所述光纤包括: 相对于所述壳体固定的第一部分； 包含光纤布拉格光栅的第二部分；以及 相对于所述膜盘的所述可移动部固定的第三部分，其中所述光纤的所述第二部分位于所述光纤的所述第一部分和第三部分之间，使得包含所述光纤布拉格光栅的所述第二部分能够进行由所述膜盘的所述可移动部相对于所述壳体的移动产生的膨胀和收缩； 其中，所述光纤的所述第二部分的膨胀和收缩改变了被所述光纤布拉格光栅反射的光的波长，其中被所述光纤布拉格光栅反射的光的波长可以用于测量所述膜盘的所述可移动部的移动。
18.根据权利要求17所述的传感器系统，其中，所述膜止动件包括在其中限定各自中心孔隙的环状构件，其中所述孔隙的尺寸控制由所述膜止动件设置的所述膜盘的所述可移动部的最大位移挠曲。
19.根据权利要求17所述的传感器系统，其中，所述膜弹簧组件还包括位于所述膜盘和所述各自的膜止动件之间的第一高度盘和第二高度盘，所述第一高度盘和第二高度盘限制所述膜盘的所述可移动部的最大位移挠曲。
20.根据权利要求19所述的传感器系统，其中，所述膜止动件和所述高度盘各包括在其中限定各自中心孔隙的环状构件，其中所述膜盘的所述可移动部的最大位移挠曲可以由以下至少一个控制: 位于所述膜止动件中的中心孔隙的尺寸； 位于所述高度盘中的中心孔隙的尺寸；以及 所述高度盘的厚度。`
【文档编号】G01H9/00GK103459992SQ201280017568
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月10日
【发明者】E.V.迪亚茨基斯, M.特沃多克利布, L.A.德阿尔梅达费雷拉, F.M.莫伊塔阿劳约 申请人:西门子能量股份有限公司