一种防爆电机转子应力测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种防爆电机转子应力测量装置及测量方法，包括若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器、设置在防爆电机转子轴内的光纤通道、光纤旋转连接器和光纤光栅应力测量系统，若干组光纤光栅应力传感器的输出端连接防爆电机内部传输光纤的输入端，防爆电机内部传输光纤的输出端经过电机转子轴内的光纤通道连接光纤旋转连接器的转子端，光纤旋转连接器的定子端通过防爆电机外部传输光纤与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统连接。本发明能够克服防爆电机转子应力测试难题，准确高效地实现防爆电机转子应力测量。
【专利说明】一种防爆电机转子应力测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防爆电机测试【技术领域】，尤其涉及一种防爆电机转子应力测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]防爆电机转子应力测试，对于优化设计、提高防爆电机可靠性具有十分重要的意义。由于防爆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，并且需要内外电信号隔离，防爆电机转子应力测量一直是防爆电机研究领域的难题。目前，直接测量转子的应力存在很大的困难，对电机转子应力的主要采用间接测量的方法。首先测量转子温度，然后通过建立热力学模型，分析计算转子的应力。
[0003]目前，国内研究机构、学者对防爆电机转子应力测试提出了一些方法，如2010年海军工程大学的王艳武等人采用有限元的方法建立了 Y100L-2型电机转子的模型，进而对电机转子的温度场和应力场分布进行了分析研究。但此方法存在适用性差、测量精度低的缺点。再如2013年上海交通大学的谭鹏程等人对电机转轴的表面残余应力的切环法和环芯法等两种测试方法进行了对比分析。但是，其方法仅适合对转轴的残余应力进行测量，无法实现对电机转子的热应力进行测量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于波分复用原理的光纤光栅防爆电机转子应力测量装置及测量方法，能够克服防爆电机转子应力测试难题，准确高效地实现防爆电机转子应力测量。
[0005]本发明采用下述技术方案:
一种防爆电机转子应力测量装置，包括若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器、设置在防爆电机转子轴内的光纤通道、光纤旋转连接器和光纤光栅应力测量系统，所述的若干组光纤光栅应力传感器分别设置在防爆电机转子上，光纤旋转连接器设置在防爆电机转子轴一端，若干组光纤光栅应力传感器的输出端连接防爆电机内部传输光纤的输入端，防爆电机内部传输光纤的输出端经过电机转子轴内的光纤通道连接光纤旋转连接器的转子端，光纤旋转连接器的定子端通过防爆电机外部传输光纤与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统连接。
[0006]所述的光纤光栅应力传感器包括外层的光纤包层，光纤包层内为光纤纤芯和光纤光栅，所述光纤光栅位于中间，光纤光栅的两端均为光纤纤芯。
[0007]所述的光纤旋转连接器与防爆电机转子轴同轴安装。
[0008]所述的光纤光栅应力测量系统连接有上位机。
[0009]所述的若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器采用并联、串联和/或串并联方式连接。
[0010]所述的光纤通道包括设置在防爆电机转子轴内的且导通的径向孔和轴向孔。
[0011]一种防爆电机转子应力测量方法，包括以下步骤:
A:在电机转子上依次设置第一个光纤光栅应力传感器、第二个光纤光栅应力传感器、…、第η个光纤光栅应力传感器,并将η个光纤光栅应力传感器利用防爆电机内部传输光纤经过电机转子轴内设置的光纤通道连接光纤旋转连接器的的转子端，并将光纤旋转连接器的定子端通过防爆电机外部传输光纤与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统连接；
B:利用光纤光栅应力测量产生的宽带光经防爆电机外部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机内部传输光纤入射到各个光纤光栅应力传感器，并将每一个光纤光栅应力传感器反射的含有应力信息的反射光信号再经防爆电机内部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机外部传输光纤传输至光纤光栅应力测量系统；
C:通过光纤光栅应力测量系统采集到的含有应力信息的反射光信号，计算出反射光波长变化量△，根据反射光波长变化量△与应力ε的函数关系△=/“)，计算得出各个光纤光栅应力传感器所在位置处防爆电机转子应力。
[0012]所述的光纤光栅应力传感器包括外层的光纤包层，光纤包层内为光纤纤芯和光纤光栅，所述光纤光栅位于中间，光纤光栅的两端均为光纤纤芯。
[0013]所述的光纤旋转连接器与防爆电机转子轴同轴安装。
[0014]所述的若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器采用并联、串联和/或串并联方式连接。
[0015]本发明将若干组光纤光栅应力传感器分别设置在防爆电机转子上，利用光纤光栅应力测量产生的宽带光经防爆电机外部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机内部传输光纤入射到各个光纤光栅应力传感器，并将每一个光纤光栅应力传感器反射的含有应力信息的反射光信号再经防爆电机内部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机外部传输光纤传输至光纤光栅应力测量系统，最终通过反射光波长变化量计算得出各个光纤光栅应力传感器所在位置处防爆电机转子应力。本发明采用光谱测量，防爆电机内部全部为光信号，避免了防爆电机内部强电磁干扰的影响；本发明使用的光纤光栅应力传感器及传输光纤的直径非常小，适装性非常好；本发明通过光纤传输光信号，实现了防爆电机内外的电气隔离，不损害防爆电机的防爆性能。本发明所提测量方法可以实现防爆电机转子多点应力测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述防爆电机转子温度测量原理图；
图2为本发明实施例示某型防爆电机转子多点温度测量原理图；
图3为本发明所述光纤光栅应力传感器结构示意图；
图4为本发明实施例示某型防爆电机转子应力测试光谱示意图；其中4-a为入射光的光谱，4-b为反射光的光谱，4-c为透射光的光谱，4-d为应力变化引起的光谱变化量。
【具体实施方式】
[0017]如图1和图3所示，本发明所述防爆电机转子应力测量装置，包括若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器1、设置在防爆电机转子轴3内的光纤通道、光纤旋转连接器7和光纤光栅应力测量系统9，若干组光纤光栅应力传感器I分别设置在防爆电机转子上，光纤光栅应力传感器I包括外层的光纤包层15，光纤包层15内为光纤纤芯16和光纤光栅17，所述光纤光栅17位于中间，光纤光栅17的两端均为光纤纤芯16。光纤通道包括设置在防爆电机转子轴3内的且导通的径向孔5和轴向孔6，光纤旋转连接器7设置在防爆电机转子轴3 —端,若干组光纤光栅应力传感器I的输出端连接防爆电机内部传输光纤4的输入端，防爆电机内部传输光纤4的输出端经过电机转子轴内的径向孔5和轴向孔6连接光纤旋转连接器7的转子端，光纤旋转连接器7的定子端通过防爆电机外部传输光纤8与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统9连接。光纤旋转连接器7与防爆电机转子轴3同轴安装，光纤光栅应力测量系统9连接有上位机11。根据实际使用需求，针对不同形式结构的防爆电机，本发明中若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器I可采用并联、串联和/或串并联方式连接。
[0018]本发明所述的一种防爆电机转子应力测量方法，包括以下步骤:
A:在电机转子上依次设置第一个光纤光栅应力传感器1、第二个光纤光栅应力传感器1、...、第η个光纤光栅应力传感器1，并将η个光纤光栅应力传感器I利用防爆电机内部传输光纤4经过电机转子轴内设置的光纤通道连接光纤旋转连接器7的的转子端，并将光纤旋转连接器7的定子端通过防爆电机外部传输光纤8与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统9连接；光纤光栅应力传感器I包括外层的光纤包层15，光纤包层15内为光纤纤芯16和光纤光栅17,所述光纤光栅17位于中间,光纤光栅17的两端均为光纤纤芯16。光纤旋转连接器7与防爆电机转子轴3同轴安装。
[0019]B:利用光纤光栅17应力测量产生的宽带光经防爆电机外部传输光纤8、光纤旋转连接器7和防爆电机内部传输光纤4入射到各个光纤光栅应力传感器I，并将每一个光纤光栅应力传感器I反射的含有应力信息的反射光信号再经防爆电机内部传输光纤4、光纤旋转连接器7和防爆电机外部传输光纤8传输至光纤光栅应力测量系统9 ；
C:通过光纤光栅应力测量系统9采集到的含有应力信息的反射光信号，计算出反射光波长变化量△，根据反射光波长变化量△与应力己的函数关系△=/“)，计算得出各个光纤光栅应力传感器I所在位置处防爆电机转子应力。
[0020]根据实际检测需求，针对不同形式结构的防爆电机，本发明中若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器I可采用并联、串联和/或串并联方式连接。光纤光栅应力测量系统9连接有上位机11。
[0021]以下结合具体实施例对本发明进行进一步描述:
如图2所示，本实施例中采用分别设置在防爆电机转子上的5组中心频率不同的光纤光栅应力传感器1，光纤光栅应力传感器I可选用深圳太辰光通信股份有限公司的MS-01。5组光纤光栅应力传感器I通过光纤熔接机串联，光纤旋转连接器7采用深圳市森瑞普电子有限公司的SNF0-1A ;光纤光栅应力测量系统9采用太辰光的TS-W1-80 8通道光纤光栅传感分析仪。
[0022]测量之前，将5个MS-Ol型光纤光栅应力传感器I安装到被测电机转子表面的预定位置，并通过防爆电机内部传输光纤4与SNF0-1A型光纤旋转连接器7的转子端接口相连。光纤旋转连接器7的定子端通过防爆电机外部传输光纤8与TS-W1-80型光纤光栅17传感分析仪相连，TS-W1-80通过USB接口与计算机连接。
[0023]测量时，将S-W1-80型光纤光栅17传感分析仪中产生的宽带光，经防爆电机外部传输光纤8、光纤旋转连接器7和防爆电机内部传输光纤4入射到5个MS-OI型光纤光栅应力传感器I。应力测量的光谱示意图如图4所示。光谱如图4-a所示的宽带光入射到MS-Ol型光纤光栅应力传感器I，与MS-Ol型光纤光栅应力传感器I的中心频率相同的光被光栅反射，反射光光谱如图4-b所示；与1^-01型光纤光栅应力传感器I的中心频率不同的光直接穿过光栅，透射而出，透射光谱如图4-c所示；透射光经过5个MS-Ol型光纤光栅应力传感器I之间的连接光纤到达其它的MS-Ol型光纤光栅应力传感器I。MS-Ol型光纤光栅应力传感器I的中心频率对应力敏感，即应力变化能够引起MS-Ol型光纤光栅应力传感器I的中心频率的变化，如图4-d所示,反射光波长变化量Δ与应力ε的函数关系Δ=/ O)；通过S-W1-80型光纤光栅17传感分析仪测量反射光的频谱，可通过计算机测量软件将频谱变化量转换为应力，就可以得到各个MS-Ol型光纤光栅应力传感器I所在位置处防爆电机转子应力。在本实施例中，由于选用的5个MS-Ol型光纤光栅应力传感器I的中心频率不同，所以在光谱测量时相互之间互不影响，S-W1-80型光纤光栅17传感分析仪采用波分复用的方法，分别测量5个MS-Ol型光纤光栅应力传感器I的频谱变化，结合计算机测量软件，就可以分别测量防爆电机转子上5个点的应力，实现防爆电机转子工作状态的多点应力测量。
[0024]以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:包括若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器、设置在防爆电机转子轴内的光纤通道、光纤旋转连接器和光纤光栅应力测量系统，所述的若干组光纤光栅应力传感器分别设置在防爆电机转子上，光纤旋转连接器设置在防爆电机转子轴一端，若干组光纤光栅应力传感器的输出端连接防爆电机内部传输光纤的输入端，防爆电机内部传输光纤的输出端经过电机转子轴内的光纤通道连接光纤旋转连接器的转子端，光纤旋转连接器的定子端通过防爆电机外部传输光纤与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统连接。
2.根据权利要求1所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤光栅应力传感器包括外层的光纤包层，光纤包层内为光纤纤芯和光纤光栅，所述光纤光栅位于中间，光纤光栅的两端均为光纤纤芯。
3.根据权利要求1或2所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤旋转连接器与防爆电机转子轴同轴安装。
4.根据权利要求3所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤光栅应力测量系统连接有上位机。
5.根据权利要求4所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器采用并联、串联和/或串并联方式连接。
6.根据权利要求5所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤通道包括设置在防爆电机转子轴内的且导通的径向孔和轴向孔。
7.一种防爆电机转子应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤: A:在电机转子上依次设置第一个光纤光栅应力传感器、第二个光纤光栅应力传感器、…、第η个光纤光栅应力传感器,并将η个光纤光栅应力传感器利用防爆电机内部传输光纤经过电机转子轴内设置的光纤通道连接光纤旋转连接器的的转子端，并将光纤旋转连接器的定子端通过防爆电机外部传输光纤与基于波分复用原理的光纤光栅应力测量系统连接； B:利用光纤光栅应力测量产生的宽带光经防爆电机外部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机内部传输光纤入射到各个光纤光栅应力传感器，并将每一个光纤光栅应力传感器反射的含有应力信息的反射光信号再经防爆电机内部传输光纤、光纤旋转连接器和防爆电机外部传输光纤传输至光纤光栅应力测量系统； C:通过光纤光栅应力测量系统采集到的含有应力信息的反射光信号，计算出反射光波长变化量△，根据反射光波长变化量△与应力ε的函数关系△=/“)，计算得出各个光纤光栅应力传感器所在位置处防爆电机转子应力。
8.根据权利要求7所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤光栅应力传感器包括外层的光纤包层，光纤包层内为光纤纤芯和光纤光栅，所述光纤光栅位于中间，光纤光栅的两端均为光纤纤芯。
9.根据权利要求8所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的光纤旋转连接器与防爆电机转子轴同轴安装。
10.根据权利要求9所述的防爆电机转子应力测量装置，其特征在于:所述的若干组中心频率不同的光纤光栅应力传感器采用并联、串联和/或串并联方式连接。
【文档编号】G01L5/00GK104374503SQ201410704400
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】郭俊杰, 吴宣东, 赵强, 吴波, 单圆圆 申请人:南阳防爆集团股份有限公司