CN114337073A - 一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，包括光纤跳线、感知单元、基体、保护壳和解调仪，基体安装在所述保护壳内，每个被监听的电机上至少安装一个基体用于振动传导，每个基体至少配置一个感知单元用于产生振动信号，感知单元包括一段单模光纤，单模光纤盘绕在基体上，单模光纤的首尾端分别刻栅以形成弱反射光纤光栅对；一个或多个串联的感知单元形成一条感知通道，多条感知通道可以并联，感知单元通过光纤跳线与解调仪连接，解调仪发出相干光脉冲注入感知单元中，在感知单元中形成后向瑞利散射光，并通过对感知单元反射回的携带振动信息的信号解调，检测振动前后信号的相位变化实现振动事件的探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动监听装置，尤其是一种基于弱反射光纤光栅的振动监听装置。
背景技术
能源对人类生产生活十分重要，电机承担着能源转变的重要使命，因此发电机组一旦出现故障，就要及时进行检查与诊断，将故障排除。当前依靠人工现场巡检的方式无法满足电机设备故障的突发性和及时性，而且火电厂和水电厂中的电机运行环境潮湿、高压多尘、噪声大，将直接影响到电站工作人员身心健康。智能化的无人值守点电站的需求越来越大，在电机设备故障检测方法中，振动声音异常监测是一种最为有效的方法，如一种在线监听直流电机异常声装置(专利号：CN201520769883.2)中使用麦克风来监听电机异常振动的声音。电机的振动异常噪声通常是低频信号，而电动机运行时本身就会产生宽频的干扰电磁波，会对这种需要供电的传感器造成干扰。同时电类传感器在高温潮湿环境下寿命短、不耐腐蚀，维护麻烦，成本随着布点数量增多而急剧增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，可大量布设、成本低，同时光纤传感技术不受电磁干扰，不需要供电，耐环境腐蚀，更加适用于恶劣环境中的电机故障的监测。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，包括光纤跳线、感知单元、基体、保护壳和解调仪，所述基体安装在所述保护壳内，每个被监听的电机上至少安装一个基体用于振动传导，每个基体至少配置一个感知单元用于产生振动信号，所述感知单元包括一段单模光纤，所述单模光纤盘绕在所述基体上，单模光纤的首尾端分别刻栅以形成弱反射光纤光栅对；一个或多个串联的所述感知单元形成一条感知通道，多条感知通道可以并联，所述感知单元通过光纤跳线与所述解调仪连接，解调仪发出相干光脉冲注入感知单元中，在感知单元中形成后向瑞利散射光，并通过对感知单元反射回的携带振动信息的信号解调，检测振动前后信号的相位变化实现振动事件的探测。
进一步地，所述保护壳包括安装底座和封装外壳，所述基体设置在所述安装底座上，所述封装外壳也设置在所述安装底座上。
进一步地，所述基体为圆柱形空壳，壁厚0.5～2mm，使具有较好的振动传导敏感度，基体通过安装底座固定在电机上，二者材质为铍青铜。
进一步地，所述弱反射光纤光栅对之间的距离为10m，中心波长1548.5～1550nm，带宽2～5nm，反射率达到万分之一。
优选地，所述单模光纤采用G652D单模光纤。
所述光纤跳线包括光纤跳线A端和光纤跳线B端，分别连接在所述单模光纤的两端。光纤跳线A端用于连接解调仪或者上一个监听装置的光纤跳线B端，光纤跳线B端用于连接下一个监听装置的光纤跳线A端，光纤跳线A端和光纤跳线B端采用FC/APC标准光纤接口。
上述监听装置的工作原理是：一台电机安装一个或多个该电机振动监听装置，当电机发生故障产生异常振动或声波时，会引起基体发生振动，感知单元感知基体的振动，产生并传递振动信号，即基体的振动引起单模光纤内部传输的后向瑞利散射光相位发生变化，本领域技术人员可利用相位增强的光时域反射计(Φ-OTDR)来探测该振动信号，实现对电机异常事件进行识别和定位。
本申请的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置可大量布设、信噪比高、设置成本低，装置灵敏度高，不受电磁干扰，不需要供电。
附图说明
图1为本发明实施例中电机异常振动监听装置的结构示意图；
图2为本发明电机异常振动监听装置的工作方式之一；
图3为本发明电机异常振动监听装置用木棍敲击后采集的振动信号时域图和频域图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置包含光纤跳线、感知单元、基体6和保护壳，其中，光纤跳线包含光纤跳线A端1和光纤跳线B端5。光纤跳线A端1连接解调仪(图1中未示出)或者上一个监听装置的光纤跳线B端5，光纤跳线B端5连接下一个监听装置的光纤跳线A端1，光纤跳线A端1和光纤跳线B端5采用FC/APC标准光纤接口。
感知单元包含弱反射光纤光栅对(2、4)、单模光纤3。在单模光纤3两端采用飞秒激光在线刻栅方式生成弱反射光纤光栅对(2、4)，用于增强光纤中传输的后向瑞利散射，提高振动信号解调后的信噪比。两个弱反射光纤光栅(2、4)间距为10m，中心波长1548.5～1550nm，带宽2～5nm，反射率万分之一。单模光纤3经过多层盘绕后胶粘于基体上，单模光纤采用G652D单模光纤。解调仪发出的相干光脉冲注入感知单元中，在感知单元中形成后向瑞利散射光，当感知单元受到机械振动或声波引起的微振干扰时，感知单元中的折射率就会发生改变，导致感知单元中的光相位发生改变。
基体6用于振动传导，将电机故障的异常振动或异常声波引起的振动传递给感知单元。材料为铍青铜，形状为圆柱形空壳，壳的厚度为0.5～2mm。
保护壳包含安装底座7和封装外壳8，安装底座7材质为铍青铜，用于安装基体6，基体6采用金属胶固定于安装底座7上，安装底座7采用螺丝固定于被监听的电机上。封装外壳8采用304不锈钢材料，壳厚0.5mm，采用螺丝固定于安装底座7上。
结合图2，所述的一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其具体工作方式如下：
(1)监听装置作为一种电机异常振动信号感知的传感器，可将相同的传感器通过光纤跳线或光纤熔接方式串联起来，最多可串联1000个，也可单独使用。
(2)串联的传感器作为一个通道，第一个传感器的光纤跳线A端连接解调仪，解调仪可以通过时分复用技术连接1～8个通道(即多个通道并联)，增加传感器的安装数量。
(3)解调仪是专用于大数量长距离弱反射光纤光栅阵列的解调仪，采用基于相位增强的光时域反射技术，可以实现40km以上的长距离光纤上的振动或声波信号实时解调，同时解调出弱反射光纤光栅对的位置，采用时分复用技术时每个通道解调时间为3～5s。
(4)解调仪将电机异常故障的振动或声波信号进行相位解析后传输给上位机，如图3所示，上位机通过深度学习等人工智能方法可以准确分析识别出异常振动信号，并通过光纤光栅对的位置定位出传感器位置。
解调仪通过对感知单元反射回的携带振动信息的后向瑞利散射信号的解调，检测振动前后的瑞利散射光信号的相位变化，即可实现振动事件的探测，并精确定位，通过对振动信号的特征可识别判断是否发生电机故障类型。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：包括光纤跳线、感知单元、基体、保护壳和解调仪，所述基体安装在所述保护壳内，每个被监听的电机上至少安装一个基体用于振动传导，每个基体至少配置一个感知单元用于产生振动信号，所述感知单元包括一段单模光纤，所述单模光纤贴附在所述基体上，单模光纤的首尾端分别刻栅以形成弱反射光纤光栅对；一个或多个串联的所述感知单元形成一条感知通道，多条感知通道可以并联，所述感知单元通过光纤跳线与所述解调仪连接，解调仪发出相干光脉冲注入感知单元中，在感知单元中形成后向瑞利散射光，并通过对感知单元反射回的携带振动信息的信号解调，检测振动前后信号的相位变化实现振动事件的探测。
2.根据权利要求1所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述保护壳包括安装底座和封装外壳，所述基体设置在所述安装底座上，所述封装外壳也设置在所述安装底座上。
3.根据权利要求1或2所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述基体为圆柱形空壳，壁厚0.5～2mm。
4.根据权利要求3所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述基体、安装底座的材质为铍青铜。
5.根据权利要求1所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述弱反射光纤光栅对之间的距离为10m，中心波长1548.5～1550nm，带宽2～5nm，反射率万分之一。
6.根据权利要求1所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述单模光纤采用G652D单模光纤。
7.根据权利要求1所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述光纤跳线包括光纤跳线A端和光纤跳线B端，分别连接在所述单模光纤的两端。
8.根据权利要求1所述的基于弱反射光纤光栅的电机异常振动监听装置，其特征在于：所述单模光纤盘绕在所述基体上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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