JP5785750B2 - コンポーネントの相対変位をモニタするためのシステム - Google Patents

Description

本発明は一般的に、コンポーネントの相対変位をモニタするためのシステムに関し、より詳細には、発電機の巻線端部コンポーネントの相対変位をモニタするためのシステムに関する。

蒸気タービンまたはガス・タービンによって駆動される発電機などの回転機械は、それらのステータ巻線内に数千アンペアの電流を流す能力がある。ステータ巻線は一般的に、伝導性バー（ステータ・コア内の対応するスロット内に固定されている）とステータ・コアを越えて延びる巻線端部とを備えている。巻線端部コンポーネントは、巻線端部の変位を誘発する動電的および機械的な力にさらされる。動電的な力は、たとえば、開始およびピーク負荷状態の間に巻線端部を通る大電流によって生じる。機械的な力は、回転機械の通常の機械的な熱膨張および振動によって生じる。巻線端部が過度に変位すると、いくつかの望ましくない影響があることが分かっている。たとえば、巻線端部における巻線絶縁が破壊されて、巻線端部間で起こる誘電体の絶縁破壊に至る場合がある。また巻線端部が、電気機械的な力に起因する磨耗を被って回転機械の初期故障に至る場合がある。当該技術分野において、巻線端部状態をモニタすることが求められており、巻線端部緩みの早期かつ正確な検出を行なうことが望ましい。

米国特許第７，３２３，６７８号明細書

従来、巻線端部コンポーネントの変位を検出するために、種々のシステムが提案されている。しかし電子ベースのシステムでは、金属部品が、巻線端部コンポーネントの付近では高電磁界があるために使用できず、光学的振動測定システムでは、費用対効果の高い用途に対しては高価すぎる。したがって、これらの欠点に対処するモニタリング・システムを提供することは優位であろう。

例示的実施形態によれば、巻線端部コンポーネント対の相対変位をモニタするためのシステムが提供される。本システムは、巻線端部コンポーネントに取り付けられる構造体を備える。本システムはさらに、構造体の非湾曲面に取り付けられるファイバ・ブラッグ回折格子を備える。ファイバ・ブラッグ回折格子は、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みに基づくそれぞれの波長にピーク強度を有する入射放射を反射するように構成されている。構造体は、巻線端部コンポーネント対の相対変位の全範囲に渡って、構造体に生じる歪みがファイバ・ブラッグ回折格子の歪みの大きさを所定の範囲に限定するように構成されている。

本明細書で開示する別の例示的実施形態によれば、発電装置が提供される。発電装置は、発電装置の動作中に相対変位を受けるように構成された巻線端部コンポーネント対を備えている。発電装置はさらに、巻線端部コンポーネントに取り付けられる構造体と、構造体の非湾曲面に取り付けられるファイバ・ブラッグ回折格子とを備えている。ファイバ・ブラッグ回折格子は。ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みに基づくそれぞれの波長にピーク強度を有する入射放射を反射するように構成されている。ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みは、巻線端部コンポーネント対の相対変位に起因する構造体の歪みから生じる。構造体は、巻線端部コンポーネント対の相対変位の全範囲に渡って、構造体に生じる歪みがファイバ・ブラッグ回折格子の歪みの大きさを所定の範囲に限定するように構成されている。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わす。

本発明の例示的実施形態により巻線端部コンポーネント対に取り付けられる構造体およびファイバ・ブラッグ回折格子の部分側断面図である。 本発明の別の例示的実施形態により巻線端部コンポーネントに取り付けられる複数の構造体およびファイバ・ブラッグ回折格子の部分側断面図である。 設計段階の間の図１の構造体の部分断面側面図である。 設計段階の間に、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪み対巻線端部コンポーネントのたわみを、図３に例示した構造体のそれぞれの高さおよび固定厚さに対して取ったプロットである。 設計段階の間に、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪み対巻線端部コンポーネントのたわみを、図３に例示した構造体のそれぞれの厚さおよび固定高さに対して取ったプロットである。 ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みを、図１に例示した巻線端部コンポーネントの変位の全範囲に渡って取ったプロットである。

本発明の例示的実施形態を、巻線端部コンポーネントの相対変位を測定するための光ファイバ検知ケーブルを用いたステータ巻線端部モニタリング・システムであって、巻線端部コンポーネントは、たとえば（これらに限定されないが）ステータ巻線端部を直接または間接的に支持または接続する支持または接続コンポーネントであり、たとえば（これらに限定されないが）接続リングおよびステータ・バーであるシステムに関連して説明する。巻線端部コンポーネント間の相対変位は、ステータ巻線端部状態を示すものである。「相対変位」は、以下において、２つの巻線端部コンポーネント間の距離のシフトを指す。２つの巻線端部コンポーネントは、互いに直接隣接していても良いし、その間に配置された１または複数の巻線端部コンポーネントによって分離されていても良い。本明細書で用いる場合、用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、数量を限定することを意味してはおらず、むしろ参照した物品の少なくとも１つが存在することを意味している。同様に、本明細書で用いる場合、「２つの巻線端部コンポーネント」は、少なくとも２つの巻線端部コンポーネントを意味する。

図１に、巻線端部コンポーネント対１０２、１０４の相対変位１２４をモニタするためのシステム１００の例示的実施形態を例示する。例示的応用例では、システム１００を、パワー発生装置（たとえば発電機）内で用いても良く、コンポーネント１０２、１０４は、たとえば発電機の巻線端部コンポーネントであっても良い。別の例示的応用例では、コンポーネント１０２、１０４は、たとえば容易にアクセス可能ではない場合がある高電圧および／または高磁界領域内（たとえば圧力容器内）に配置されていても良い。コンポーネント１０２、１０４は、発電機の動作中に相対変位１２４を受ける。本発明の１つの例示的実施形態においては、システム１００は、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４が確実に閾値または最大相対変位を超えないように、また相対変位の全範囲に渡ってコンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４を検出することができるセンサを構成するように、構成されている。たとえば、コンポーネント１０２、１０４の最大相対変位は１．２７ｍｍであっても良い。しかし本発明の実施形態は、特定の数値で示したどんな最大相対変位にも限定されない。コンポーネント１０２、１０４の１．２７ｍｍの相対変位は、たとえば、静止したままのあるコンポーネントと１．２７ｍｍだけシフトする別のコンポーネントとから生じても良いし、各コンポーネントが０．６３５ｍｍだけ互いの方へまたは互いから離れて同時に変位することによって生じても良い。

図１に例示したように、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は光ファイバ１１５内に作られている。光ファイバ１１５のファイバ・ブラッグ回折格子１１６部分は、非湾曲面１２６にしっかりと取り付けられている。すなわち、当業者であれば分かるように、標準製造公差および／または公称偏差を別にすれば、平坦面である。保護するために、ジャケット１１９が光ファイバ１１５を囲んでいても良い。ジャケット１１９を外部から非湾曲面１２６に、張力逃がしコンポーネント１３１をファイバ・ブラッグ回折格子１１６の各端部１６６、１６８に設けた状態で取り付けて、付加的な機械的リンク強度を実現し、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６が光ファイバ１１５から外れることを防止するようにしても良い。

当然のことながら、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６を表面１２６に外部から取り付けられることによって、構造体の設計段階において、相対移動量に対する歪み量の割合を正確に設定することができる。この割合は、設計段階において、構造体のパラメータ（たとえば高さおよび厚さ）を適切に選択することによって設定しても良いため優位である。さらに、当業者であれば分かるように、この割合は、製造する各構造体に対して実質的に一定となるように選んでも良い。なぜならば、構造体の寸法は、標準製造公差および／または公称偏差内で制御することができるからである。

さらに当然のことながら、ファイバ・ブラッグ回折格子を取り付けるための非湾曲面を有する構造体を設計することによって、歪みはファイバ・ブラッグ回折格子のすべての部分において実質的に同じになる。これは、ピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長が明瞭となるので優位である。ファイバ・ブラッグ回折格子（通常、約１センチメートルの長さ）の異なる部分が異なる歪みを受けると、反射放射は、複数のピーク波長またはスペクトル的に広がった反射スペクトルを有する場合がある。これらの条件の下では、ピークは識別が難しい場合があり、歪みの推定が不明瞭になる。実質的に平坦面で、長さがファイバ・ブラッグ回折格子の長さ以上であれば、回折格子上での一様な歪みおよび明瞭なピーク波長が保証される。

図１にさらに例示したように、カバー１１７が、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６および張力逃がしコンポーネント１３１の周りに配置されて、付加的な保護が図られている。カバー１１７は、たとえば非伝導性のポリマー材料から作られている。図１では、光ファイバ内のファイバ・ブラッグ回折格子が例示されているが、任意の光ファイバ検知ケーブルを、巻線端部コンポーネントの相対変位を測定するために用いても良い。

図１に例示したように、構造体１１０は非湾曲面１２６を備えている。非湾曲面１２６の上に、ジャケット１１９（およびファイバ・ブラッグ回折格子１１６）を外部から取り付けても良い。さらに加えて、図１に例示するように、非湾曲面１２６の長さは、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の長さ１３０に基づく最小長１２８であっても良い。典型的な実施形態においては、たとえば、最小長１２８はファイバ・ブラッグ回折格子１１６の長さ１３０よりも長く、またファイバ・ブラッグ回折格子１１６と張力逃がしコンポーネント１３１とを各端部１６６、１６８で合わせた長さより長くても良い。典型的な実施形態においては、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は、構造体１１０の非湾曲面１２６に、好適な接合材を用いて外部から取り付ける。接合材は、たとえば熱硬化性ポリマー、または互いに貼り合わせた物品を表面接着によって保持することができる任意の他の材料である。典型的な実施形態においては、非湾曲面１２６の長さ１２８は、たとえば、２センチメートルであっても良い。

構造体１１０はさらに、追加面対１５２、１５４を備えている。それぞれの追加面１５２、１５４は、コンポーネント１０２、１０４のそれぞれの第１の表面またはそれぞれの上面１５６、１５７に取り付けられている。図１に例示したように、構造体１１０はまた、中間部分対１５８、１６０を備えている。これらは、それぞれの追加面１５２、１５４を、非湾曲面１２６のそれぞれの外端１６２、１６４に結合している。典型的な実施形態においては、それぞれの外端１６２、１６４は、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６のそれぞれの外端１６６、１６８と、長手方向に位置合わせされている。中間部分１５８、１６０は、追加面１５２、１５４および非湾曲面１２６と、多数の角度１０〜１７０度のうちいずれか１つにおいて位置合わせされている。典型的な実施形態においては、中間部分１５８、１６０と追加面１５２、１５４および／または非湾曲面１２６との間に形成される角度は、たとえば６０度であっても良い。図１に例示したように、構造体１１０は逆三角形状を取っている。この形状において、中間部分１５８、１６０は、非湾曲面１２６のそれぞれの外端１６２、１６４から、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６に対して内側方向に、それぞれの追加面１５２、１５４の端部１７０、１７２まで延びている。追加面１５２、１５４のそれぞれの端部１７０、１７２は、非湾曲面１２６の長さ１２８よりも短い距離によって分離されている。それぞれの追加面１５２、１５４は、それぞれのコンポーネント１０２、１０４の上面１５６、１５７に、たとえば粘着剤１７４（二部エポキシなど）を用いて取り付けられている。図２に例示したように、追加面１５２、１５４はコンポーネント１０２、１０４の上面１５６、１５７に、追加面１５２、１５４がコンポーネント１０２、１０４の上面１５６、１５７にそれぞれ取り付けられる高さ１７６が等しくなるように、それぞれの量の平滑材１７５を用いて取り付けられている。

図１にさらに例示したように、結び用ひも１７８が、それぞれのコンポーネント１０２、１０４（それぞれのコンポーネント１０２、１０４の上面１５６、１５７を含む）の外部表面の周りに、また構造体１１０のそれぞれの追加面１５２、１５４の周りに巻かれて、コンポーネント１０２、１０４の上面１５６、１５７への構造体１１０のそれぞれの追加面１５２、１５４の取り付けが強化されている。

当業者であれば分かるように、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２（図４〜５を参照のこと）に基づくピーク強度を有するそれぞれの波長における光ファイバ１１５を通る入射放射を反射するように構成されている。前述したように、歪みは、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の初期長に対するファイバ・ブラッグ回折格子１１６の長さの変化（コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の結果として生じる）の割合に基づいている（また、本発明において説明する他の歪みパラメータに対して同様に規定される）。ファイバ・ブラッグ回折格子１１６には閾値歪み範囲または最大歪み範囲がある。これらは、製造業者から得ても良い。たとえば、これらを超えると、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は、機械的に壊れ、および／またはそれがさらされている歪み力を正確に反映する波長データを発生させなくなる。そのため、本発明の実施形態では、（コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の結果として）ファイバ・ブラッグ回折格子１１６が受ける歪み１２２の範囲を小さくして、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の最大歪み範囲内に入るようにする。典型的な実施形態においては、ミクロン・オプティクス（ＭｉｃｒｏｎＯｐｔｉｃｓ）ｏｓ３２００ファイバ・ブラッグ回折格子歪みセンサを、本発明の実施形態で用いている。このセンサの最大歪み範囲は、＋／−５０００ミクロン／ｍである。しかし本発明の実施形態を、たとえば発電機の接続リングなどのコンポーネントの相対変位をモニタするために用いる任意のファイバ・ブラッグ回折格子とともに用いても良い。

コンポーネント１０２、１０４は、コンポーネントの典型的な動作中に相対変位１２４を受けるため、構造体１１０の非湾曲面１２６は歪みを受け、その結果、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の結果として歪み１２２を受ける。構造体１１０は、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡ってファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の範囲を小さくして、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪み１１６の最大範囲内であるように設計されている。ファイバ・ブラッグ回折格子１１６を、構造体１１０の非湾曲面１２６に外部から取り付けて、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡るファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の範囲が、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡る構造体１１０の非湾曲面１２６の歪みの範囲内にあるようにしている。ファイバ・ブラッグ回折格子１１６を非湾曲面１２６に外部から取り付け、また前述したように、非湾曲面１２６は非湾曲および／または平坦であることで、コンポーネント１０２、１０４の相対変位の全範囲に渡る非湾曲面１２６の歪みが、非湾曲面１２６の最小長１２８に渡って実質的に一様となり、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６が確実に、回折格子１１６を非湾曲面１２６に取り付ける最小長１２８に渡って実質的に一様な歪み１２２を受けるようにしている。

図３〜５に例示するように、構造体１１０の設計モードの間に、構造体１１０のパラメータを調整可能に選択して、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡る構造体１１０の非湾曲面１２６の歪みの範囲が、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の最大範囲内にあるようにしている。前述したように、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲は分かっていても良く、たとえば、１．２７ｍｍなどであっても良い。さらに加えて、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の最大範囲は分かっていても良く、たとえば、２５００ミクロン／ｍであっても良い。図３〜５の設計モードは、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲とファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の最大範囲との特定の境界条件に対して行なったものであるが、設計モードは、本明細書で説明した方法に基づいて任意の特定の境界条件に対して行なっても良い。図３に例示したように、構造体１１０の設計モードの間に調整される構造体１１０のパラメータは、構造体の高さ１３４、構造体１１０の厚さ１３６、および／または非湾曲面１２６を中間部分１５８に接続する構造体１１０の巻き（および、中間部分１５８を追加面１５２に接続する同様の巻き）の曲率半径１３８である。なお、図３の実施形態は構造体１１０の半対称図を例示しているが、当業者であれば分かるように、構造体１１０の残りの半分も対称な方法で同様に設計される。

図３〜５に例示する構造体１１０の設計モードでは、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）モデルを用いている。ＣＡＤモデルを用いて、当業者であれば分かるように、特定の高さ、厚さ、および各巻きにおける曲率半径を有する構造体１１０の幾何学的な表現を与える。ＣＡＤモデルを用いて構造体１１０の幾何学的なモデルを与えるが、ＣＡＤモデル単独では、たとえば、コンポーネントの相対変位１２４に基づく追加面１５２の相対変位に応答する構造体１１０内のまたは非湾曲面１２６に沿ってのモデル歪みまたは力データは与えられない。前述したように、本発明の実施形態が対象にしているのは、構造体１１０として、非湾曲面１２６に沿って生じる歪みの範囲が、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡って、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の最大範囲内であるものを構成することである。典型的な実施形態においては、設計モードが対象にしているのは、構造体１１０として、非湾曲面１２６の歪みの範囲が、相対変位の全範囲の１．２７ｍｍに渡って、２５００ミクロン／ｍの範囲内であるものを構成することである。構造体１１０の幾何学的なＣＡＤモデルに対する歪みまたは力データを考慮するために、構造体１１０の設計モードではＦＥＡ（有限要素法解析）モデルを用いる。ＦＥＡモデルでは、当業者であれば分かるように、構造体１１０のＣＡＤモデルを複数の別個の要素に分解して、それぞれの力方程式を与えるものである。図３に、相対変位１２４の全範囲に渡って構造体１１０の非湾曲面１２６に沿って生じる歪みを、フォン・ミーゼス歪み尺度１３５を用いて例示的に示す。図４に例示するように、構造体１１０のＦＥＡモデルを用いて、非湾曲面１２６に沿って生じる歪みをたわみの全範囲の１．２７ｍｍに渡って算出することを、厚さ１３６を３．３ｍｍに固定した状態で、種々の高さ１３４（２８．６ｍｍ、３１．６ｍｍ、および３４．６ｍｍを含む）を有する多くの構造体に対して行なう。同様に、図５に例示するように、構造体１１０のＦＥＡモデルを用いて、非湾曲面１２６に沿って生じる歪みをたわみの全範囲の１．２７ｍｍに渡って算出することを、高さ１３４を２８．６ｍｍに固定した状態で、種々の厚さ１３６（２．３ｍｍ、３．３ｍｍ、および４．３ｍｍを含む）を有する多くの構造体に対して行なう。図３に例示したように、設計モードの結果、構造体１１０として、高さ１３４が２４ｍｍ、厚さ１３６が４ｍｍ、および巻きにおける曲率半径１３８が４ｍｍのものが構成され、非湾曲面１２６に沿って生じる歪みの範囲が２４５３ミクロン／ｍ、したがってファイバ・ブラッグ回折格子の最大歪みの範囲１２２である２５００ミクロン／ｍ内となる。前述したように、設計モードから設計される構造体１１０のこれらの特定の歪み範囲および寸法は単に典型的なものである。本発明の実施形態を用いて、構造体として、コンポーネントの相対変位の全範囲に渡ってファイバ・ブラッグ回折格子の歪みを小さくし、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みの最大範囲内に入る任意の構造体を設計することを、本明細書で説明する同じステップに従うことによって行なっても良い。構造体１１０のＦＥＡモデルの結果、高さ１３４が２４ｍｍ、厚さ１３６が４ｍｍ、および曲率半径が４ｍｍになったが、構造体１１０のパラメータはこれらの数値に限定されず、高さ１３４の範囲として１０〜４０ｍｍ、厚さ１３６の範囲として１〜５ｍｍ、および曲率半径の範囲として１〜５ｍｍが含まれる。より具体的には、本発明の実施形態には、たとえば、高さ１３４の範囲として２２〜２６ｍｍ、厚さ１３６として３．５〜４．５ｍｍ、および曲率半径１３８として３．５〜４．５ｍｍが含まれる。当業者であれば分かるように、構造体のパラメータは、ＦＥＡモデルで用いる初期境界条件に基づいて変わる。初期境界条件には、たとえば（これらに限定されないが）、コンポーネントの最大相対変位とともに、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みの最大範囲が含まれる。

前述した設計モードに基づいて、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６を、前述したように、高さ１３４、厚さ１３６、および巻きの曲率半径１３８などのパラメータを有するように構成する。図１に例示したように、多波長光源（図示せず）を光ファイバ１１５に接続して、多波長の光をファイバ・ブラッグ回折格子１１６に送信する。ファイバ・ブラッグ回折格子１１６から反射された光は、検出器１４０まで進む。検出器１４０では、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡るそれぞれの増分変位においてピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長のシフトが測定される。当業者であれば分かるように、検出器１４０を初期化して、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の初期歪み１２２に対応する中心波長からの反射放射の波長のシフトを測定する。中心波長は、各ファイバ・ブラッグ回折格子に対してカスタマイズしても良く、製造業者から得ても良い。コントローラ１４２が検出器１４０に結合されている。コントローラ１４２は、反射波長データを受け取って、ピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長のシフトを、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡るそれぞれの増分変位に渡ってファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２に変換する。典型的な実施形態においては、コントローラ１４２は、方程式を用いて、反射放射の波長シフトをファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２に変換しても良い。方程式はたとえば次のようなものである。

ε＝Δλ／｜λ｜／Ｇ＊１０^６ （方程式１）
ここで、εは、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２、Δλは、中心波長からの波長の測定シフト、｜λ｜は、測定波長の絶対値、およびＧは、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６に対するゲージ率である。典型的な実施形態においては、ゲージ率は、たとえば０．８１である。ゲージ率は、たとえば、各ファイバ・ブラッグ回折格子によって異なっても良く、製造業者から得ても良い。

システム１００の較正モードの間に、ピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長シフトを、それぞれの増分変位１２４に渡る推定歪みデータ１８４（方程式１）に変換する。さらに加えて、図６に例示するように、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２を含む推定歪みデータ１８４を、コンポーネント１０２、１０４の増分変位１２４に対してプロットする。図６に例示したように、推定歪みデータ１８４は、ＦＥＡ構造体の設計モードの間に収集した歪みデータに基づいて、ＦＥＡモデル・データ１８０に非常に良く合っている。さらに加えて、図６に歪みゲージ・データ１８２を例示する。歪みゲージ・データ１８２は、非湾曲面１２６の歪みゲージ１２３（図１）の測定歪みを、相対変位１２４の全範囲に渡って表したものである。当業者であれば分かるように、歪みゲージ１２３は、金属箔材料から作られたゲージであり、その電気特性は、歪み（すなわち、長さの変化）とともに変化する。したがって、歪みゲージ１２３からは、非湾曲面１２６の歪みの独立したな測定値が、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡って得られる。図６に例示したように、ＦＥＡモデル・データ１８０（ここから、構造体１１０の高さ１３４、厚さ１３６、および曲率半径１３８のパラメータの選択が選ばれた）は、相対変位１２４の全範囲に渡って収集された推定歪みデータ１８４および歪みゲージ・データ１８２の２つの独立した組に非常に近い。このように、設計モードの間に選択された構造体１１０のパラメータは、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４の全範囲に渡って、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６の歪み１２２の範囲を小さくして、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪み１１６の最大範囲内に入るようにすることに対して効果的であった。その結果、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６は、コンポーネント１０２、１０４の相対変位をそれらの相対変位１２４の全範囲に渡ってモニタするように動作する。

モニタリング・モードの間に、システム１００を用いて、コンポーネント１０２、１０４の相対変位１２４が確実に最大閾値の相対変位１２４を超えないようにしても良い。前述の較正モードの場合と同様に、検出器１４０によって、反射放射からピーク強度を有するそれぞれの波長のシフトを測定する。コントローラ１４２は、波長シフト・データを受け取り、メモリ１４３から、ピーク強度を有するそれぞれの波長の測定シフトに対応するコンポーネント１０２、１０４の記憶された相対変位１２４データを取り出す。コントローラ１４２は、記憶された相対変位１２４をコンポーネント１０２、１０４の最大相対変位と比較して、コンポーネント１０２、１０４が最大閾値および／または安全閾値を超えて変位したか否かを判定する。コントローラ１４２は、記憶された相対変位がコンポーネント１０２、１０４の最大相対変位を超えた場合に、警報装置１５０に信号を出力する。たとえば、警報装置１５０は音響装置であっても良く、コンポーネント１０２、１０４を収容する設備内の作業者に警報を出して、コンポーネント１０２、１０４が危険な量だけ変位したかも知れないこと、および推奨される後続行為（たとえば相対変位のさらなる調査）を伝えても良い。

図２に例示したように、システム１００を、複数のコンポーネント対（１０２、１０４）（１０４、１０６）（１０６、１０８）とともに用いて、コンポーネント１０２、１０４、１０６の相対変位をモニタしても良い。システム１００は、各それぞれのコンポーネント対（１０２、１０４）（１０４、１０６）（１０６、１０８）に外部から取り付けられるそれぞれの構造体１１０、１１２、１１４を備える。これらの構造体は、三角形の蛇行したネットワークを効果的に形成する。システム１００はさらに、各構造体１１０、１１２、１１４に外部から取り付けられるそれぞれのファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２を備える。それぞれのファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２は、それぞれのファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２の歪みに基づくそれぞれの波長においてピーク強度を有する放射を反射する。ファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２は、同じ光ファイバ１１５に光学的に結合されているが、それらは、初期歪みに対応する特有の中心波長を有しているため、第１のファイバ・ブラッグ回折格子１１６のピーク強度における反射波長が、第２のファイバ・ブラッグ回折格子１９０の動作に影響することはない。それぞれの構造体１１０、１１２、１１４は、それぞれのコンポーネント対（１０２、１０４）（１０４、１０６）（１０６、１０８）の相対変位の全範囲に渡って、それぞれのファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２の歪みの範囲を小さくして、それぞれのファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２の最大歪みの範囲内に入るようにしている。それぞれの構造体１１０、１１２、１１４を、前述したモデル・モードとともに特定の境界条件を用いて決定しても良い別個のパラメータを有するように設計しても良い。境界条件は、たとえばファイバ・ブラッグ回折格子の最大歪み、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、および１９２間のファイバにおける緩み１９３、１９５の量、ならびに各コンポーネント対の相対の全範囲である。加えて、ファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２の歪みおよび波長変化の量を小さくすることによって、より多くのトランスデューサを波長分割多重化方式を有する同じファイバ上に配置することができる。なぜならば、利用できる波長スペクトルのうち、各ファイバ・ブラッグ回折格子１１６、１９０、１９２が必要とする部分は小さくなるからである。図１の構造体１１０に関して前述したように、それぞれの追加面１５２、１５４、１５３、１５５は、それぞれのコンポーネント１０２、１０４、１０６、１０８の上面１５６、１５７、１５９、１６１に、それぞれ、粘着剤１７４（たとえば二部エポキシなど）を用いて取り付けられている。図２に例示したように、それぞれの追加面１５２、１５４、１５３、１５５は、それぞれのコンポーネント１０２、１０４、１０６、１０８の上面１５６、１５７、１５９、１６１に、ファイバ１１５に対する、追加面１５２、１５４、１５３、１５５がコンポーネント１０２、１０４、１０６、１０８の上面１５６、１５７、１５９、１６１に取り付けられる高さ１７６が等しくなるように、それぞれの量の平滑材１７５（たとえばパテなど）を用いて、それぞれ取り付けられている。たとえば、上面１５７の場合よりも多い量の平滑材１７５を上面１５６上に配置して、上面１５６、１５７の高さを等しくしても良い。

本発明を典型的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形を施しても良く、また本発明の要素に対して均等物を代用しても良い。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの変更を施して、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させても良い。したがって本発明は、本発明を行なうために考えられたベスト・モードとして開示された特定の実施形態には限定されず、本発明には、添付の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態が含まれることが意図されている。

当然のことながら、必ずしも前述したすべての目的または優位性が、いずれかの特定の実施形態によっては実現されない場合がある。その結果、たとえば、当業者であれば分かるように、本明細書で説明したシステムおよび技術の具体化または実行を、本明細書で教示した１つの優位性または一群の優位性を達成または最適化する仕方で、必ずしも本明細書で教示または示唆する場合がある他の目的または優位性を実現することなく、行なっても良い。

さらに、当業者であれば分かるように、異なる実施形態からの種々の特徴には互換性がある。説明した種々の特徴とともに各特徴に対する他の既知の均等物を、当業者が併用および整合させて、本開示の原理によるさらなるシステムおよび技術を構成することができる。

Claims (10)

1. 一対の巻線端部コンポーネントの相対変位をモニタするためのシステムであって、
   一対の巻線端部コンポーネントに取り付けられる構造体と、
   一対の巻線端部コンポーネントの間で構造体の非湾曲面に取り付けられるファイバ・ブラッグ回折格子であって、前記ファイバ・ブラッグ回折格子は、入射放射を反射するように構成され、反射された放射は、ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みに基づくそれぞれの波長にピーク強度を有し、ファイバ・ブラッグ回折格子の前記歪みは、一対の巻線端部コンポーネントの相対変位に起因する構造体の歪みから生じる、ファイバ・ブラッグ回折格子と、
   を備え、
   構造体は、一対の巻線端部コンポーネントの最大相対変位において、構造体に生じる歪みがファイバ・ブラッグ回折格子の最大歪み範囲内に入るように構成される、
   システム。
2. 一対の巻線端部コンポーネントは発電機における隣接する一対の接続リングである、請求項１に記載のシステム。
3. ファイバ・ブラッグ回折格子の歪みの最大歪み範囲は、構造体の非湾曲面の最大歪み範囲である、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記非湾曲面の長さは、ファイバ・ブラッグ回折格子の長さに基づいており、
   非湾曲面の前記歪みは、非湾曲面の長さに渡って一様である、
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記ファイバ・ブラッグ回折格子は、接合材を用いて構造体の非湾曲面に取り付けられる、請求項３または４に記載のシステム。
6. 前記構造体はさらに一対の追加面を備え、それぞれの追加面は、それぞれの巻線端部コンポーネントの第１の表面に取り付けられ、
   前記構造体はさらに一対の中間部分を備え、それぞれ、それぞれの追加面を非湾曲面のそれぞれの外端に結合するように構成され、前記それぞれの外端は、ファイバ・ブラッグ回折格子のそれぞれの外端と位置合わせされており、
   前記一対の中間部分は、追加面および非湾曲面と非直角の角度で位置合わせされている、
   請求項３から５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記構造体は逆三角形状からなり、
   前記一対の中間部分は、非湾曲面のそれぞれの外端から、ファイバ・ブラッグ回折格子に対して内側方向に、それぞれの追加面の端部まで延び、追加面の前記それぞれの端部は、非湾曲面の長さよりも短い距離によって分離されている、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記それぞれの追加面は、それぞれの巻線端部コンポーネントの第１の表面に、前記一対の追加面が巻線端部コンポーネントの第１の一対の表面に取り付けられる高さが等しくなるように、それぞれの量の平滑材を用いて取り付けられている、請求項６または７に記載のシステム。
9. 巻線端部コンポーネントの相対変位の全範囲に渡るそれぞれの増分変位においてピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長のシフトを測定するように構成された検出器と、
   検出器に結合されたコントローラであって、ピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長のシフトを、巻線端部コンポーネントの相対変位の全範囲に渡るそれぞれの増分変位に渡ってファイバ・ブラッグ回折格子の歪みに変換するように構成された、コントローラと、
   をさらに備え、
   較正モードの間に、それぞれの増分変位に渡るピーク強度を有する反射放射のそれぞれの波長シフトとそれぞれのファイバ・ブラッグ回折格子の歪みとが、コントローラのメモリに記憶される、
   請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
10. モニタリング・モードの間に、
    前記検出器は、反射放射からピーク強度を有するそれぞれの波長のシフトを測定するように構成され、
    前記コントローラは、メモリから、ピーク強度を有するそれぞれの波長の測定シフトに対応する巻線端部コンポーネントの記憶された相対変位を取り出すように構成され、
    前記コントローラは、記憶された相対変位を巻線端部コンポーネントの所定の相対変位と比較して、コンポーネントが安全閾値を超えて変位したか否かを判定するように構成され、
    前記コントローラは、記憶された相対変位が巻線端部コンポーネントの所定の相対変位を超えたことに基づいて、警報装置に信号を出力するように構成される、
    請求項９に記載のシステム。
    

Images