一种电机流体场与温度场一体化测量装置的制作方法

本实用新型涉及电机测试技术领域，尤其涉及一种电机流体场与温度场一体化测量装置。

背景技术：

电机工作时，内部温度会升高，使其绝缘材料加速老化，导致效率降低，严重的可引起电机故障。温度和风压风速等参数是电机工作时的重要参数，在电机的设计、研究、测试和运行等多个环节中都需要测量其温度和风压风速。电机温度和风压风速测量对优化设计、提高性能具有十分重要的意义。

目前，国内研究机构对电机温度测量提出了一些方法，主要有上海交通大学电力学院的张镇翰、海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室的易新强等人，采用Pt100热敏电阻实现电机温度测量；上述方法无论是直接测量还是间接测量都是采用的电测法，容易受电机内部强电磁环境的干扰，测量精度不高。

福建水口发电集团有限公司的吴艺辉等人，采用高速、高精度的红外测温传感器实现发电机的温度测量。但是，由于红外探头的尺寸较大，所以无法应用于中小型电机。另外，红外温度探测器的工作温度范围一般都小于60℃，无法长期工作于具有较高温度的电机内部。

对于电机流体场测试，重庆大学的任松和浙江大学的丁力建立了电机局部通风散热试验模型，并采用主要由皮托管和压力传感器构成的测量系统进行测试；东方电气东方电机有限公司的钱锋对大功率发电机建立了通风模型，同样采用了主要由皮托管和压力传感器构成的测量系统进行测试。但是，这些模拟军不是针对真实电机进行的流体场测试，仅仅能给出设计参考，并不能达到实际应用。

目前，现有电机具有强电磁干扰、气隙小、空间狭小、转子转动等多种特性，针对防爆电机来说，还需要内外电信号隔离，传统的热敏电阻测温、红外测温等多种方法均无法满足其测量需求，电机温度场与流体场测试一直是电机测试的难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电机流体场与温度场一体化测量装置及方法，能够精准测量电机内部的流体场与温度场参数。

本实用新型采用的技术方案为：

一种电机流体场与温度场一体化测量装置，包括定子铁芯、安装于定子铁芯内的转子和外壳，外壳和定子铁芯、定子铁芯和转子之间的间隙形成电机轴向通风道，定子铁芯内的间隙形成电机径向通风道，还包括多路流体场光纤采集模块、多路温度场光纤采集模块、解调仪和计算机，多个流体场光纤采集模块和多个温度场光纤采集模块均匀分布在电机轴向通风道和电机径向通风道内，多个流体场光纤采集模块和多个温度场光纤采集模块的信号输出端连接解调仪，解调仪的信号输出端连接计算机的信号输入端。

每路流体场光纤采集模块包括多个压力光纤光栅传感器，多个压力光纤光栅传感器采用串联连接解调仪或者并联后通过光纤耦合器连接解调仪；每路温度场光纤采集模块包括多个温度光纤光栅传感器，多个压力光纤光栅传感器采用串联连接解调仪或者并联后通过光纤耦合器连接解调仪。

所述的每路流体场光纤采集模块中包含的每个压力光纤光栅传感器的中心频率不同；每路温度场光纤采集模块中包含的每个温度光纤光栅传感器的中心频率不同。

所述的解调仪采用光纤光栅传感分析仪。

本实用新型通过在电机的每路电机轴向通风道和每路电机径向通风道上预设多个采集点，在每个采集点处安装一个压力光纤光栅传感器和一个温度光纤光栅传感器，对采集点进行压力和温度的同时采集；压力光纤光栅传感器和温度光纤光栅传感器将采集到的光信号。发送到解调仪的一个通讯通道接口上；解调仪接收到每路电机轴向通风道或者每路电机径向通风道上压力光纤光栅传感器和温度光纤光栅传感器反射回来的光信号，并对信号进行转换、解调，测量出每个压力光纤光栅传感器和温度光纤光栅传感器反射光信号的中心频率，并将测量结果传输给计算。解调仪再将信息发送给计算机，计算机通过JPFBGTest测量软件对光谱进行分析与计算，得到每一个压力光纤光栅传感器和温度光纤光栅传感器所在位置的温度和压力物理量。

附图说明

图1为本实用新型的电机流体场与温度场一体化测量装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括定子铁芯2、安装于定子铁芯2内的转子3和外壳1，外壳1和定子铁芯2、定子铁芯2和转子3之间的间隙形成电机轴向通风道Z，定子铁芯2内的间隙形成电机径向通风道J，还包括多路流体场光纤采集模块、多路温度场光纤采集模块、解调仪和计算机，多个流体场光纤采集模块和多个温度场光纤采集模块均匀分布在电机轴向通风道Z和电机径向通风道J内，多个流体场光纤采集模块和多个温度场光纤采集模块的信号输出端连接解调仪，解调仪的信号输出端连接计算机的信号输入端。

每路流体场光纤采集模块包括多个压力光纤光栅传感器4，多个压力光纤光栅传感器4采用串联连接解调仪或者并联后通过光纤耦合器6连接解调仪；每路温度场光纤采集模块包括多个温度光纤光栅传感器5，多个压力光纤光栅传感器4采用串联连接解调仪或者并联后通过光纤耦合器6连接解调仪。

所述的每路流体场光纤采集模块中包含的每个压力光纤光栅传感器4的中心频率不同；每路温度场光纤采集模块中包含的每个温度光纤光栅传感器5的中心频率不同。

所述的解调仪采用光纤光栅传感分析仪。

下面结合附图说明本实用新型的工作原理：

如图1所示，本实用新型实施例，光纤光栅温度传感器选用珏光琥珀系列光纤光栅传感器，根据测试需要，设定一路串联方式的流体场光纤采集模块和一路串并结合方式的温度场光纤采集模块，选取8个中心频率不同的温度光纤光栅传感器5和8个中心频率不同的压力光纤光栅传感器4，在实际的安排操作中，可以根据情况设定预设点。当选区并联方式的时候，需要通过光纤耦合器将这些光纤光栅传感器并联在一起。解调仪选用JPHOTONICS-16的16通道光纤光栅传感分析仪，在计算机上安装与其配套的JPFBGTest测量软件。

测量之前，将以串联方式连接的8个压力光纤光栅传感器4安装到被测电机定子的预定位置，并通过光纤将其连接后接入解调仪；并且，将以串并结合的方式连接的8个温度光纤光栅传感器5安装到被测电机定子的预定位置，并通过纤耦合器与JPHOTONICS-16解调仪相连。JPHOTONICS-16通过网络接口与计算机连接。其中，压力光纤光栅传感器4和温度光纤光栅传感器5的连接方式多种多样，不仅仅是本说明书中所指出的连接方式，可以根据需要，在符合电路连接的情况下，均可采用。实施例中，以串联方式连接的每个压力光纤光栅传感器4的位置处还应该设有一个温度光纤采集模块，同时采集预设点的压力和温度，同样的，在以串并结合的方式连接的每个温度光纤光栅传感器5的预设位置处还应该设有一个压力光纤采集模块，但是在图1中并没有显示出来。

测量时，JPHOTONICS-16型解调仪中的宽带光源发出光信号，经过光纤传输，到达16个光纤光栅传感器。8个流体场光纤光栅传感器和8个温度场光纤光栅传感器接收到信号后，将采集的信号以光信号的形式返回，光信号再沿着原路返回，之后，通过解调仪内部的光电转换模块将光信号转换为电信号，通过数据采集模块将信号采集到解调仪内部的中央处理系统中，并对信号进行解调，测量出每个传感器反射光信号的中心频率，并将测量结果传输给计算机。解调仪的解析过程属于现有的成熟技术，在此不再赘述。

光纤光栅传感器的中心频率对温度、压力等参数敏感，即温度、压力等参数变化能够引起光纤光栅传感器中心频率的变化，通过JPHOTONICS-16型解调仪测量光纤光栅传感器反射光的中心频率，并将测量结果通过网络接口传输给外部计算机，外部的计算机通过JPFBGTest测量软件计算，将中心频率变化量转换为温度和风压风速等参数，就可以得到光纤光栅传感器所处位置的温度和风压风速。在本实施例中，因为每路选用的8个光纤光栅传感器的中心频率不同，所以每路中的光纤光栅传感器相互之间光谱测量互不影响，JPHOTONICS-16型解调仪采用波分复用的方法，分别测量8个光纤光栅传感器的频谱变化，结合计算机JPFBGTest测量软件，就可以分别测量电机上8个点的温度或风压风速，实现电机工作状态的多点流体场与温度场测量。JPFBGTest测量技术属于现有的成熟技术，并不受本实用新型的保护，在此不再赘述。