一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，具體為利用光纖Bragg光柵中心波長的偏移測量葉輪機葉片所受應(yīng)力變化，對葉輪機可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
【背景技術(shù)】
[0002]葉輪機是電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的重要裝置，由高速定軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，靜子與機匣和軸承組成。近年來葉輪機的性能不斷提高，結(jié)構(gòu)日益向高轉(zhuǎn)速、高效率、高精度、高可靠性趨勢發(fā)展。葉輪機轉(zhuǎn)子通常以很高的轉(zhuǎn)速工作，它與空氣或燃氣流相互作用，把熱能轉(zhuǎn)化成動能或壓縮氣體以獲得高壓氣體，氣流分布的不均勻、不穩(wěn)定與轉(zhuǎn)子的不平衡的離心力等會使轉(zhuǎn)子振動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中的一些組件在工作中不可靠，出現(xiàn)疲勞斷裂。因此，對葉輪機葉片應(yīng)力的測量，即對轉(zhuǎn)子中的一些組件在工作中不可靠，以及出現(xiàn)疲勞斷裂的預(yù)防觀測是極其重要的。
[0003]光纖Bragg光柵是一種波長調(diào)制型傳感器，當物體發(fā)生應(yīng)變變化時，貼在物體表面的光纖Bragg光柵的空間周期或有效折射率發(fā)生變化從而引起B(yǎng)ragg中心波長的漂移，通過解調(diào)反射波長的變化量即可得到相應(yīng)的應(yīng)變值。因此，光纖Bragg光柵特別適合于實時微小應(yīng)變的測量，并具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]在實際測量中，由于外界環(huán)境的影響，溫度變化帶來光纖Bragg光柵的Bragg波長的漂移可能會超出光纖Bragg光柵的工作范圍，對信號檢測、解調(diào)帶來困難。因此，實現(xiàn)對光纖Bragg光柵波長信號的最佳解調(diào)將有助于葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了一種利用光纖Bragg光柵中心波長的偏移測量葉輪機葉片所受應(yīng)力變化方法，并且通過溫控光纖Bragg光柵波長信號的最佳解調(diào)實現(xiàn)對葉輪機轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)工作中可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下。
[0007]一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、傳感光纖Bragg光柵、濾波光纖Bragg光柵、半導(dǎo)體制冷器、溫度控制器、光電探測器、模擬濾波器以及數(shù)據(jù)采集處理裝置，訴述的傳感光纖Bragg光柵粘貼在葉輪機葉片之間表面中心，葉片在該點所受應(yīng)力正比于Bragg反射光中心波長的漂移；訴述的濾波光纖Bragg光柵粘貼于訴述的半導(dǎo)體制冷器上，通過訴述的溫度控制器對半導(dǎo)體制冷器的溫度進行控制；由訴述的寬帶光源出來的光經(jīng)過所述的光纖環(huán)形器后經(jīng)光纖傳輸?shù)絺鞲泄饫wBragg光柵，滿足Bragg光柵相位匹配條件的光被反射，其余的被透射，反射光通過光纖環(huán)形器入射到濾波光纖Bragg光柵，經(jīng)濾波后的光被所述的光電探測器接收，接收到的光信號經(jīng)過所述的模擬濾波器降低信號的帶寬，抑制噪聲，然后由數(shù)據(jù)采集處理裝置轉(zhuǎn)換成計算機信號并完成后續(xù)的FTF時頻域變換、信號圖形顯示以及文件保存工作，實現(xiàn)對葉輪機可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
[0008]溫度控制器對半導(dǎo)體制冷器的溫度進行控制，進而可以控制調(diào)節(jié)濾波光纖Bragg光柵的溫度，使濾波光纖Bragg光柵的Bragg波長移位，達到和傳感光纖Bragg光柵的Bragg波長的相匹配，與此同時，使用封裝過的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器作為濾波光纖Bragg光柵，這樣可以提高溫控濾波光纖Bragg光柵調(diào)諧范圍，可以有效的解決因溫度變化帶來光纖Bragg光柵的Bragg波長漂移超出光纖Bragg光柵的工作范圍的問題，也有助于實現(xiàn)和傳感光纖Bragg光柵波長信號的最佳匹配。
[0009]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0010]1.本實用新型采用的光纖Bragg光柵傳感器具有抗電磁干擾、重量輕、傳輸距離遠、耐腐蝕等優(yōu)點，并且被測信號是采用波長編碼的、可分布式測量以及易于同光柵系統(tǒng)集成；
[0011]2.本實用新型通過溫度控制的方法以及采用封裝過的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器作為濾波光纖Bragg光柵，能夠更好的完成傳感光纖Bragg光柵波長信號的最佳匹配，可以有效的解決因溫度變化帶來光纖Bragg光柵的Bragg波長漂移超出光纖Bragg光柵的工作范圍的問題，實現(xiàn)對葉輪機轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)工作中可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的工作原理圖
[0013]其中:1_光纖環(huán)形器
[0014]2-傳感光纖Bragg光柵
[0015]3-葉輪機葉片
[0016]4-半導(dǎo)體制冷器
[0017]5-濾波光纖Bragg光柵
[0018]6-光電探測器具體實施例
[0019]本實用新型需要解決的問題是葉輪機葉片的應(yīng)力測量，即對轉(zhuǎn)子中的一些組件在工作中不可靠，以及疲勞斷裂的預(yù)防觀測系統(tǒng)?；驹硎抢霉饫wBragg光柵中心波長的偏移測量葉輪機葉片所受應(yīng)力變化方法，并且通過溫控光纖Bragg光柵波長信號的最佳解調(diào)實現(xiàn)對葉輪機轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)工作中可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
[0020]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0021]一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器1、傳感光纖Bragg光柵2、濾波光纖Bragg光柵5、半導(dǎo)體制冷器4、溫度控制器、光電探測器6、模擬濾波器以及數(shù)據(jù)采集處理裝置，訴述的傳感光纖Bragg光柵2粘貼在葉輪機葉片之間表面中心，葉片在該點所受應(yīng)力正比于Bragg反射光中心波長的漂移；訴述的濾波光纖Bragg光柵5粘貼于訴述的半導(dǎo)體制冷器4上，通過訴述的溫度控制器對半導(dǎo)體制冷器4的溫度進行控制。
[0022]本實用新型的寬帶光源選擇的是FooxTek有限公司生產(chǎn)的ASE寬譜光源，能夠提供中心波長1550nm，頻譜寬度超過40hm的高功率穩(wěn)定輸出。
[0023]傳感光纖Bragg光柵2粘貼在葉輪機葉片3之間表面中心，葉輪機葉片3在該點所受應(yīng)力正比于Bragg反射光中心波長的漂移，滿足Bragg相位匹配條件的光被反射，其余的被透射，從傳感光纖Bragg光柵2出來的光經(jīng)過光纖環(huán)形器I隔離，不再回到光源。
[0024]傳感光纖Bragg光柵2的Bragg反射光通過光纖環(huán)形器I入射到濾波光纖Bragg光柵5，濾波光纖Bragg光柵5粘貼于訴述的半導(dǎo)體制冷器4上，通過溫度控制器對半導(dǎo)體制冷器4溫度的控制，實現(xiàn)了對傳感光纖Bragg光柵2溫度的控制，使濾波光纖Bragg光柵5的Bragg波長移位，達到和傳感光纖Bragg光柵的Bragg2波長相匹配，與此同時，本實用新型還使用封裝過的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器作為濾波光纖Bragg光柵5，這樣可以提高溫控濾波光纖Bragg光柵5調(diào)諧范圍，可以有效的解決因溫度變化帶來光纖Bragg光柵的Bragg波長漂移超出光纖Bragg光柵的工作范圍的問題，也有助于實現(xiàn)和傳感光纖Bragg光柵2波長相匹配，達到的最佳解調(diào)的目的。對于溫度控制器，本實用新型選擇Pelter芯片和AD590溫度傳感芯片分別作為溫控器的控制端和反饋器件，控溫范圍是(TC?50°C，反饋精度為0.1°C。
[0025]光電探測器6選擇InGaAs PIN光電二極管，其光譜響應(yīng)范圍為850?1700nm，響應(yīng)度λ = 1550nm，Re = 0.9mA/mW，暗電流典型值為3nA ;模擬濾波器選擇南京安正軟件有限公司生產(chǎn)，型號為AZ802A的模擬放大器，具有模擬濾波和放大兩個功能；數(shù)據(jù)采集處理裝置選擇NI PC1-6013型數(shù)據(jù)采集卡，提供16位精度的測量，16路單端或8路差分模擬輸入，最尚米樣率是200kS/S0
[0026]由光電探測器6所檢測到的光信號經(jīng)過模擬濾波器，模擬濾波器主要作用是降低信號的帶寬，有利于抑制噪聲和更準確地采集數(shù)據(jù)，然后由數(shù)據(jù)采集處理裝置轉(zhuǎn)換成計算機信號并完成后續(xù)的FTF時頻域變換、信號圖形顯示以及文件保存工作。
[0027]本實用新型利用濾波光纖Bragg光柵5作為濾波器對傳感光纖Bragg光柵2進行解調(diào)是一種成本比較低的解調(diào)方式，實現(xiàn)了 Bragg波長移位的解調(diào)。同時利用溫控濾波光纖Bragg光柵5的可調(diào)節(jié)性能，將其調(diào)整至使傳感光纖Bragg光柵2反射光透射率變化最大的狀態(tài)，保證了最佳的濾波效果。
[0028]本實施例的工作原理如下所述:
[0029]首先，由寬帶光源出來的光經(jīng)過所述的光纖環(huán)形器I后經(jīng)光纖傳輸?shù)絺鞲泄饫wBragg光柵2，滿足Bragg光柵相位匹配條件的光被反射，其余的被透射，反射光通過光纖環(huán)形器I入射到濾波光纖Bragg光柵5，經(jīng)濾波后的光被光電探測器6接收，接收到的光信號經(jīng)過模擬濾波器降低信號的帶寬，抑制噪聲，然后由數(shù)據(jù)采集處理裝置轉(zhuǎn)換成計算機信號并完成后續(xù)的FTF時頻域變換、信號圖形顯示以及文件保存工作，實現(xiàn)對葉輪機可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
[0030]以上所述的硬件材料是本領(lǐng)域的常見型號，且僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器(I)、傳感光纖Bragg光柵(2)、濾波光纖Bragg光柵(5)、半導(dǎo)體制冷器(4)、溫度控制器、光電探測器(6)、模擬濾波器以及數(shù)據(jù)采集處理裝置，其特征在于所述的傳感光纖Bragg光柵(2)粘貼在葉輪機葉片之間表面中心；所述的濾波光纖Bragg光柵(5)粘貼于所述的半導(dǎo)體制冷器(4)上；由所述的寬帶光源出來的光經(jīng)過所述的光纖環(huán)形器(I)后經(jīng)光纖傳輸?shù)絺鞲泄饫wBragg光柵(2)，滿足Bragg光柵相位匹配條件的光被反射，其余的被透射，反射光通過光纖環(huán)形器(I)入射到濾波光纖Bragg光柵(5)，經(jīng)濾波后的光被所述的光電探測器(6)接收，接收到的光信號經(jīng)過所述的模擬濾波器降低信號的帶寬，抑制噪聲，然后由所述的數(shù)據(jù)采集處理裝置轉(zhuǎn)換成計算機信號并完成后續(xù)的FTF時頻域變換、信號圖形顯示以及文件保存工作，實現(xiàn)對葉輪機可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，其特征在于所述的濾波光纖Bragg光柵(5)使用的是封裝過的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器。
【專利摘要】一種葉輪機葉片動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器(1)、傳感光纖Bragg光柵(2)、濾波光纖Bragg光柵(5)、半導(dǎo)體制冷器(4)、溫度控制器、光電探測器(6)、模擬濾波器以及數(shù)據(jù)采集處理裝置，其特征在于傳感光纖Bragg光柵(2)粘貼在葉輪機葉片之間表面中心；濾波光纖Bragg光柵(5)粘貼于訴述的半導(dǎo)體制冷器(4)上；由寬帶光源出來的光經(jīng)過光纖環(huán)形器(1)傳輸?shù)絺鞲泄饫wBragg光柵(2)，滿足相位匹配條件的光被反射，其余的被透射，反射光通過光纖環(huán)形器(1)入射到濾波光纖Bragg光柵(5)，經(jīng)濾波后的光被光電探測器(6)接收，然后經(jīng)模擬濾波器降低帶寬，抑制噪聲，最后由數(shù)據(jù)采集處理裝置轉(zhuǎn)換成計算機信號并完成后續(xù)解調(diào)工作，實現(xiàn)對葉輪機可能出現(xiàn)的疲勞斷裂做出預(yù)防觀測。
【IPC分類】G01B11-16, G01L1-24
【公開號】CN204359277
【申請?zhí)枴緾N201520032273
【發(fā)明人】鞠佃軍, 安子浩, 付佳良, 劉洋, 李松濤, 關(guān)榮華
【申請人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月14日