[发明专利]用于高压发电机定子棒的光纤磁通量传感器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于测量高压发电机定子棒中的磁通量的光纤磁通量传感器，并且更具体地涉及一种光纤磁通量传感器，其采用设置在光纤内的磁致伸缩布拉格光栅（MBG）以便测量作用在高压发电机定子棒上的磁通量的径向分量。

背景技术

作为功率源的用于发电的高压发电机是本领域公知的。发电厂可包括燃气涡轮发动机，每个燃气涡轮发动机通过如下方式使轴旋转：在燃烧室中燃烧燃料和空气，其膨胀越过叶片，叶片进而导致轴旋转。此类发动机的输出轴联接到高压发电机的输入轴，该输入轴安装到具有特殊线圈构造的转子。转子线圈中所提供的电流产生围绕转子的磁通量，并且随着转子旋转，磁通量与包围转子的定子芯中的绕组相互作用。定子芯绕组包括互连的定子棒，定子棒具有特殊构造以降低绕组中的涡流，否则涡流将会产生大量的热并且有可能损坏各发电机部件。

通常，需要确定高压发电机中的定子棒上的磁通量分布，以更准确地计算电损耗，从而更准确地对定子绕组的总损耗进行建模。这些测量结果的有用性在很大程度上取决于特定通量传感器能够相对于定子棒放置得多么靠近，因为必须针对从传感器到棒的距离上的通量场的衰减来校正在离开测量位置越来越远的距离处获得的测量结果。

通常采用如下方式来监测大型发电机中的磁通量：将铜线探测线圈插入定子齿之间的槽中，在定子齿中，定子棒被提供或安装到定子线圈上。设置在定子槽中的探测线圈可用于探测是否存在径向通量，径向通量能够引起转子中的循环电流，该循环电流导致定子绕组中的损耗。然而，导电铜线圈趋向于具有大的截面，这限制了测量小通量区域的能力，从而提供局部磁通量的平均测量结果。铜线圈还会引起危险，因为铜导电引线能够引发接地电弧，该接地电弧会损坏定子绕组。

本领域已经提出采用光纤布拉格光栅（FBG）作为传感器来测量应变、振动和温度，以用于各种应用。FBG传感器测量布拉格光栅位置处的光纤上的应变。该应变略微改变FBG中的反射光栅线的间距，从而影响其反射性质。宽带红外（IR）信号被通过光纤传输到FBG传感器。通过从FBG反射的IR辐射的波长来测量FBG上的应变的程度。由于应变跨过光纤布拉格线，所以反射光的波长成比例地增大。通过适当地设置布拉格光栅线之间的间距以防止从每个布拉格光栅反射的IR光重叠，可以在单根光纤上提供多达一百个此类测量。这种FBG系统也可在透射模式中操作。

对于FBG传感器应变测量，通过在FBG传感器附接位置处弯曲线圈结构，以通过机械方式对FBG传感器施加应变。对于FBG传感器振动测量，当附接到光纤的质量块对线圈上的附接部位处的振动作出响应时，该质量块改变了光纤中的张力。对于FBG传感器温度测量，布拉格光栅自身的热膨胀改变了布拉格光栅线的间距。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种磁通量传感器，其测量作用在高压发电机的定子棒上的磁通量的径向分量。该磁通量传感器包括形成在光纤中且被包围在磁致伸缩涂层中的光纤布拉格光栅。磁致伸缩涂层对磁通量中的变化作出响应，在光纤上施加应变，该应变改变了布拉格光栅的反射波长，可对反射波长进行测量以提供通量的测量结果。在一个实施例中，磁通量传感器中的一个或多个被直接定位在定子棒的绝缘层中。

从以下描述和所附的权利要求并结合附图，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1是高压发电机的定子芯的剖切透视图；

图2是图1中的定子芯的剖面图；

图3是光纤布拉格光栅探测系统的示意性方框图；

图4是光纤磁通量传感器系统的方框图；

图5是通量传感器系统中的磁致伸缩布拉格光栅传感器的侧视图；

图6是定子芯的一部分的剖面分开视图，示出了磁通量传感器相对于定子棒定位在槽中；并且

图7是定子棒的剖面图，定子棒包括多个定子棒线股和磁通量传感器，磁通量传感器位于定子棒的主绝缘层下面的非导电填料层中。

具体实施方式

对于涉及MBG传感器的本发明实施例的以下讨论在本质上仅仅是示例性的并且不意图以任何方式限制本发明或其应用或用途，所述MBG传感器用于测量作用在高压发电机的定子棒上的磁通量的径向分量。