5.7K Views
•
10:52 min
•
March 8th, 2020
DOI :
March 8th, 2020
•0:04
Introduction
1:03
Fiber Optic Thermal Sensor Design
3:08
Interrogation System and Sensor Configuration
4:15
Packaging Preparation
5:16
Free Thermal Calibration
6:33
Test Coil Build and FBG Instrumentation
7:35
Static and Non-Uniform Thermal Condition Tests
8:41
Results: In-situ Thermal Hot Spot Monitoring in Electrical Coils
9:53
Conclusion
Transcript
Overvåking av termiske hot spots innenfor elektriske spoler er avgjørende i kraftledningsområdet, da det gir en mye bedre forståelse av enhetens helse, gjenværende levetid og nærhet til designgrenser. Motorteknikken muliggjør innstiftet overvåking av termiske hot spots innenfor elektrisk kveilet struktur basert på anvendelse av multipleksed elektromagnetisk immun og kraft ved fiberoptisk sensing. Den avanserte FPG-sensingytelsen som er beskrevet i denne videoen, er unik og kan ikke være mye som anvendelse av konvensjonelle sensorer som aktive termiske par eller anvendelsen av resistensbaserte termiske estimeringsteknikker.
FBG-sensorer er iboende lydhøre for termisk og mekanisk eksitasjon og er skjøre. Derfor krever deres søknad om nær termisk sensing med elektriske spolestrukturer en spesiell prosedyre som er forklart i denne protokollen. Identifiser først sensordesignen og spesifikasjonene basert på målspolestrukturen og avhørssystemfunksjonene.
Testspolen som vises her er en standard IEEE klasse H motorette typisk for elektriske maskinspoler. Når du utformer sensorskjermen, må du sørge for at den optiske følefiberen forblir operativ i de termiske og mekaniske miljøene som er typiske for sårspolen sensing applikasjoner. Ved hjelp av standard bøye-ufølsom polyamid enkeltmodus fiber sikrer at sensoren er i stand til å operere i temperaturer over 200 grader Celsius og at den har de mekaniske egenskapene som gjør at den kan bøyes for å samsvare med en ønsket spole geometri.
I dette programmet skal fire termiske sensorpunkter installeres på fire testspolespole tverrsnittssentralsteder. De enkelte sensorplasseringene identifiseres basert på deres latente termiske overvåkingsstandarder for elektriske maskiner. Avstanden mellom sensorhodene er basert på spolegeometrien og valgstedene.
Deretter angir du individuelle FBG-hoder som skal være fem millimeter lange og gradert med forskjellige bølgelengder fordelt i båndbredde fra 1529 til 1560 nanometer for å matche den brukte kommersielle avhørsrangeringen og for å forhindre forskjøvet bølgelengder interferens. Her er den totale fiberlengden spesifisert til 1,5 meter. De første 1,2 meterne er pakket i Teflon og gir tilkobling til den eksterne avhørsenheten.
Den ekstra lengden på 3 meter inneholder de fire utpakkede sensing hodene. Vist i denne videoen er den angitte arraysensoren, som ble kommersielt produsert. Fjern først beskyttelseshetten fra FC/APC-kontakten feral.
Rengjør deretter kontaktens endeansikt ved å tørke den forsiktig med en optisk kontaktrenser. Kontroller deretter at nøkkelveien er riktig justert og koble til den rengjorte FBG-probekontakten til avhørskanalkontakten. Slå på avhørsmannen og kjør konfigurasjonsprogramvaren.
I kategorien instrumentoppsett observerer du de reflekterte bølgelengdespektrumene fra FBG-arraysonden. Fire topper bør observeres i det relaterte kanalspekteret. I programvaren setter du samplingsfrekvensen til 10 Hertz og setter spektrumgrenser mellom FBG for å forhindre måleforstyrrelser.
Deretter, i måleinnstillingen, navngi FBG hoder som FBG-1, FBG-2, FBG-3 og FBG-4. Velg bølgelengdene som en type mengde som skal presenteres grafisk på dette stadiet. Pakke sensorområdet på en passende måte der FBG-hodene er trykt i arrayfiberen ved hjelp av en tittkapillær.
Dette vil beskytte glassfiberen og sikre at sensorhodet er isolert fra mekanisk eksitasjon og vil gi en utelukkende termisk eksitasjon responsiv sensor. Skjær en tilstrekkelig lengde på kommersiell titt rør til lengden av målet spole struktur med noen ekstra centimeter for å tillate fiber innsetting og å dekke Teflon å kikke kapillær felles. Deretter tar du forsiktige målinger av FBG-arrayet og kikkkapillæren for å nøyaktig identifisere sensing steder på den ytre overflaten av titt kapillær.
Dette gjør det mulig å posisjonere FBG-sensorhoder på målsteder innenfor motorettetestspolen. Deretter forbereder du et krymperør i riktig størrelse for senere bruk. Sett fibersensorområdet inn i kikkkapillæren og vedlikehold titt og Teflon-tilkobling ved hjelp av capton tape.
Kalibrer den pakkede FBG-arraysensoren ved å sette den inn i termalkammeret for å trekke ut den diskrete temperaturen kontra bølgelengdepunkter. FBG array sensing området er dannet basert på spole geometri. Deretter kobler du den graderte optiske fiberen til avhørsmannen og starter den forhåndskonfigurerte forhørsprogramvarerutinen.
Bruk ovnen i en sekvens av termiske steady-state poeng, lage en tabell fra målte reflekterende bølgelengder av hver enkelt FBG i matrisen. For hver konstant temperatur, etterligne det i kammeret. Deretter bruker du den registrerte forskjøvede bølgelengden versus temperaturmålinger for å bestemme de optimale temperaturbølgelengdeskifteseikurvene og deres koeffisienter for hver FBG.
Skriv inn de beregnede koeffisientene i de relevante innstillingene til avhørsprogramvaren for å aktivere temperaturmålinger på nettet fra FBG-arrayet. Først bygge og instrumenter motorette tilfeldig sårspole. For å oppnå dette, sett den valgte klasse H emaljert kobbertrådhjul i winder enheten og vind halvparten av spolen svinger med lav hastighet.
Deretter passer du den tilberedte tittkapillæren i midten av spolen ved hjelp av capton tape. Når den er riktig plassert, vind resten av spolen svinger. Plasser den ferdige spolen i motoretterammen.
Deretter binder motorettespolen og viklene. Med FBG-arrayet koblet til avhørsmannen, sett forsiktig sensorområdet fiber inn i tittkapillæren til endeåpningene av Teflon og titt kapillærer er i kontakt. Flytt krymperøret for å dekke kapillære endene og sett det riktig til ønsket passform er oppnådd.
For å starte den statiske testen kobler du motorettet til en likestrømsforsyning og kobler likestrømforsyningen til å injisere motorettet med en likestrøm. Registrer målinger til motorettespole termisk likevekt er nådd. Deretter utfører du en ikke-ensartet termisk tilstandstest.
For denne testen, først vind den eksterne spolen som inneholder 20 svinger rundt en valgt test spole seksjon. Med den eksterne spolen koblet til en separat likestrømsforsyning, aktiver motorettet med samme likestrøm som brukes i den statiske testen. Når den termiske likevekten er nådd, begynner du å registrere termiske målinger.
Til slutt, aktiver den ytre spolen med en dc strøm for å gi en ikke-ensartet termisk tilstand ved å levere lokalisert termisk eksitasjon på testspolen. Stopp opptaksmålinger når termisk likevekt er nådd. Under denne representative statiske termiske testen ble de fire interne temperaturavlesningene tatt av respektive array FBG-hoder på deres tilsvarende spolelokasjoner.
Målingene er nært like med en liten variasjon mellom de registrerte individuelle målingene på mindre enn ca. 1,5 grader Celsius. Når den eksterne 20-svingspolen var spent, for å etterligne en ikke-ensartet spoletilstand i spolestrukturen, ble det observert en klar endring i termiske målinger med omfordeling av spolens interne temperatur. Sensorpunktet og nærmeste nærhet til den ytre spolen, FBG4, målte det høyeste termiske nivået og lengst bortesensorpunktet, FBG 2, målte det laveste.
De observerte målingene er tydelig knyttet til variasjoner i den individuelle sensing hodefordelingen, den undersøkte testspolegeometrien. Dette demonstrerer den funksjonelle evnen til den spole-innebygde arraysensoren fra å overvåke og identifisere termiske hot spot-distribusjoner i tilfeldige sårspoler. I denne videoen har vi demonstrert hvordan en enkelt optisk fiber ved hjelp av FBG-teknologi kan muliggjøre distribuerte målinger av termiske hot spots innenfor strukturen til en elektrisk spole.
Å oppnå dette vil være svært utfordrende ved hjelp av konvensjonelle sensorer. For å sikre nøyaktige målinger, ta en spesiell forsiktighet med emballasje, installasjon, kalibreringsprosedyrer. Disse er nødvendige for å redusere termisk mekanisk FBG kryssfølsomhet, beskytte fiberen, og gjør det mulig å ta pålitelige termiske avlesninger.
Den rapporterte teknikken gir nye muligheter for utvikling av dedikerte in situ termisk overvåking applikasjoner i energi konvertering enheter der konvensjonelle sensorer utfordres.
Dette papiret presenterer en protokoll som muliggjør instrumentering av tilfeldige sår elektriske spoler med fiber Bragg rist (FBG) termiske sensorer med det formål å distribuert tilstand overvåking av interne termiske hot spots.
ABOUT JoVE
Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved