專利名稱：電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)，具體涉及電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間氣隙溫度、位移和磁場(chǎng)強(qiáng)度的在線監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙的溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)是保證機(jī)組安全運(yùn)行的必要手段。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的老舊機(jī)組，轉(zhuǎn)子鐵芯、定子鐵芯疊片的松動(dòng)、變形和絕緣老化，將會(huì)引起鐵芯溫度過(guò)高、磁場(chǎng)畸變、甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子“掃堂”的惡性事故發(fā)生，造成不可估量的損失。配置有效的監(jiān)測(cè)器對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警、避免惡性事故發(fā)生具有重要意義。
在轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)配置氣隙位移傳感器，可以監(jiān)測(cè)氣隙位移的動(dòng)態(tài)變化，監(jiān)視轉(zhuǎn)子磁極輪廓的形變，評(píng)估定子鐵芯圓度；在轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)配置氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器，可以監(jiān)測(cè)氣隙磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化，監(jiān)視氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度的波形和頻譜，評(píng)估轉(zhuǎn)子磁極和定子鐵心疊片的絕緣以及發(fā)生的形變；在轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)配置氣隙溫度傳感器，可以直接監(jiān)測(cè)氣隙溫度的動(dòng)態(tài)變化，間接監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯和定子繞組、鐵芯的運(yùn)行溫度，有效評(píng)估電機(jī)運(yùn)行狀況。
現(xiàn)有的比較成熟的與位移、溫度、磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)相關(guān)的產(chǎn)品有電渦流或光電型位移傳感器、紅外線型溫度傳感器、霍爾型磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器，多為單一的監(jiān)測(cè)功能，欲對(duì)溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度同時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，涉及多套監(jiān)測(cè)裝置，給安裝、監(jiān)測(cè)操作及觀察帶來(lái)諸多不便。而且，前述的監(jiān)測(cè)裝置在結(jié)構(gòu)和性能上不能適應(yīng)電機(jī)狹窄的氣隙、高溫、強(qiáng)交變磁場(chǎng)、污染等苛刻的安裝環(huán)境條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，用于對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙的溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度在線監(jiān)測(cè)，克服使用現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行同時(shí)在線檢測(cè)時(shí)存在的監(jiān)測(cè)裝置分散、安裝繁瑣，監(jiān)測(cè)操作、觀察不夠方便，及監(jiān)測(cè)裝置本身不適應(yīng)電機(jī)狹窄的氣隙、高溫、強(qiáng)交變磁場(chǎng)等苛刻安裝條件的不足。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)器由集合成一體的溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度三參數(shù)傳感器，溫度傳感信號(hào)前置適配器，位移傳感信號(hào)前置適配器，磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)前置適配器，一個(gè)溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度多功能信號(hào)變送器及傳感器、變送器、變送器之間的連線組成；其中的三參數(shù)傳感器由集合在同一絕緣薄片載體內(nèi)的薄型化的電阻式溫度傳感元件、電容式氣隙位移傳感元件、感應(yīng)式氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件組成
本發(fā)明的溫度傳感信號(hào)前置適配器包括溫度傳感信號(hào)屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)器、差動(dòng)放大器、交流信號(hào)激勵(lì)源、信號(hào)輸出電器接口 ；位移傳感信號(hào)前置適配器包括位移傳感信號(hào)屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)器、緩沖放大器、交流信號(hào)激勵(lì)源、位移信號(hào)輸出電氣接口 ；磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)前置適配器包括阻抗匹配器、高頻積分網(wǎng)絡(luò)、低頻積分網(wǎng)絡(luò)、超低頻增益抑制器、信號(hào)輸出調(diào)理器、信號(hào)輸出電器接口。
本發(fā)明的多功能信號(hào)變送器有溫度信號(hào)處理單元、位移信號(hào)處理單元、磁場(chǎng)信號(hào)處理單元及信號(hào)遠(yuǎn)傳接口 ；溫度信號(hào)處理單元依次由窄帶濾波器，包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值檢測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換組成；位移信號(hào)處理單元依次由窄帶濾波器，包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值檢測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換組成；磁場(chǎng)信號(hào)處理單元依次由信號(hào)調(diào)理、幅值檢測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換組成。為在當(dāng)前技術(shù)條件下，為獲得最薄的傳感器，本發(fā)明以印刷電路式雙繞非標(biāo)準(zhǔn)無(wú)感銅絲電阻作為溫度傳感元件，銅絲電阻連接三根同軸電纜信號(hào)傳輸線。以印刷電路式梳狀電容器作為位移傳感元件，印刷電路襯板背面對(duì)應(yīng)電容電極區(qū)域布設(shè)梳狀屏蔽層，電極四周環(huán)繞與背面屏蔽層連通的不封閉矩形導(dǎo)體環(huán)，傳感電容器連接雙屏蔽同軸電纜信號(hào)傳輸線。以印刷電路式矩形多匝空心線圈作為磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件，矩形多匝空心線圈連接同軸屏蔽電纜信號(hào)傳輸線。本發(fā)明的積極效果是首先給出薄形化監(jiān)測(cè)電機(jī)氣隙溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度的傳感元件，其后又將薄形化傳感元件集合在一個(gè)適合電機(jī)狹窄氣隙安裝的絕緣薄片載體內(nèi)，配置相應(yīng)的信號(hào)處理電路，取得了一體化的電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，降低了監(jiān)測(cè)裝置的制造成本，簡(jiǎn)化了安裝工藝，為實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)，評(píng)估電機(jī)老化趨勢(shì)和事故發(fā)生、維 系電機(jī)安全運(yùn)行提供有效的綜合監(jiān)測(cè)信息。


圖I是本發(fā)明監(jiān)測(cè)器傳感器、適配器、變送器組合結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明監(jiān)測(cè)器中傳感器引線圖。圖3是本發(fā)明監(jiān)測(cè)器中傳感器引線端剖面圖。圖4是本發(fā)明中傳感器傳感元件布局圖。圖5是本發(fā)明中傳感器傳感元件位置橫剖面(A-A)圖。圖6是本發(fā)明中傳感器傳感元件引線焊接圖。圖7是本發(fā)明中溫度傳感信號(hào)前置適配器原理圖。圖8是本發(fā)明中位移傳感信號(hào)前置適配器原理圖。圖9是本發(fā)明中磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)前置適配器原理圖。圖10是本發(fā)明中多功能變送器結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式參閱圖I、圖2，電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器包括集合成一體的電機(jī)氣隙溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度三參數(shù)傳感器I、溫度傳感信號(hào)前置適配器2、位移傳感信號(hào)前置適配器3、磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)前置適配器4、多功能變送器5。三參數(shù)傳感器I監(jiān)出信號(hào)經(jīng)同軸屏蔽電纜6、7、8分別連接到各自的信號(hào)適配器2、3、4，適配器輸出信號(hào)通過(guò)多芯屏蔽電纜連接到多功能變送器5,變送器輸出4_20mA遠(yuǎn)傳信號(hào)。參閱圖3，電機(jī)氣隙三參數(shù)傳感元件載體由上層10、中層9、下11三層耐高溫絕緣材料疊裝并用耐高溫絕緣膠粘接而成，傳感器總厚度不超過(guò)5. 0_。參閱圖4、圖5，傳感元件布局分左中右三個(gè)區(qū)域，右邊區(qū)域作為溫度傳感元件的印刷電路式雙繞非標(biāo)準(zhǔn)無(wú)感銅電阻12。中間區(qū)域作為位移傳感元件的印刷電路結(jié)構(gòu)的電容器13，為避免在強(qiáng)交變磁場(chǎng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，電容電極開(kāi)有梳狀狹縫13-1，電極四周以不封閉的矩形線環(huán)繞，并在背面區(qū)域布設(shè)梳狀屏蔽層，分別構(gòu)成等電位環(huán)和等電位屏蔽層13-2，用來(lái)充分減小極板的散射電容和背部對(duì)鐵芯的分布電容，提高對(duì)目標(biāo)位移監(jiān)測(cè)的敏感度。左邊區(qū)域作為磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件的印刷電路式多匝矩形電磁感應(yīng)空心線圈14。傳感元件襯板21的材質(zhì)為環(huán)氧玻璃絲絕緣布板。參閱圖6，在傳感器信號(hào)引出端有引線條形焊盤和焊槽焊盤22和焊槽16、17。焊盤和焊槽經(jīng)過(guò)孔化、鍍錫工藝處理。連接引線時(shí)，先將引線屏蔽層焊接在屏蔽層焊槽內(nèi)，再把芯線以倒螺旋形式纏繞芯線絕緣層，焊接在條形芯線焊槽和焊盤上。以上精巧的設(shè)計(jì)和工藝提高了引線連接的可靠性和抗拉性，可充分適應(yīng)電機(jī)氣隙內(nèi)的風(fēng)速擾動(dòng)。參閱圖7，溫度信號(hào)適配器包括雙高頻恒流激勵(lì)源26-1、26_2，同軸電纜驅(qū)動(dòng)器30、差分放大器31、電氣接口 29-1，穩(wěn)壓器25-1。參閱圖8，位移傳感信號(hào)適配器包括高頻電壓激勵(lì)源26-3，二階有源濾波器27、緩沖放大器28、電氣接口 29-2，穩(wěn)壓器25-2。
參閱圖9，磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)適配器包括阻抗匹配電路35和由運(yùn)算放大器、高頻積分網(wǎng)絡(luò)32、運(yùn)算放大器、低頻積分網(wǎng)絡(luò)36、超低頻增益限制網(wǎng)絡(luò)33組成的積分放大器，信號(hào)調(diào)理模塊34、電氣接口 29-3。參閱圖10，多功能變送器5中的溫度信號(hào)處理單元5-T依次包括經(jīng)窄帶濾波、包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值監(jiān)測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換模塊。v/Ι轉(zhuǎn)換輸出接信號(hào)遠(yuǎn)傳連線接口。參閱圖10，多功能變送器5中的氣隙信號(hào)處理單元5-G包括窄帶濾波、包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值監(jiān)測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換模塊。v/Ι轉(zhuǎn)換輸出接信號(hào)遠(yuǎn)傳接口。參閱圖10，多功能變送器5中的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)處理單元5-M包括信號(hào)條理電路、幅值監(jiān)測(cè)、V/I轉(zhuǎn)換模塊。V/I轉(zhuǎn)換輸出接信號(hào)遠(yuǎn)傳接口。。本實(shí)施例的工作過(guò)程是
參閱圖7，溫度信號(hào)適配器2中的激勵(lì)源26-1、26-2為溫度傳感元件提供雙高頻恒流激勵(lì)，通過(guò)同軸電纜驅(qū)動(dòng)器30實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸驅(qū)動(dòng)，消除電纜分布電容對(duì)高頻信號(hào)的影響，經(jīng)差分放大器31消除導(dǎo)線串聯(lián)阻抗，差分放大器31輸出信號(hào)連接到電氣接口 29-1。參閱圖8，位移傳感信號(hào)適配器3中的激勵(lì)源26-3為位移電極提供高頻電壓激勵(lì)，通過(guò)二階有緣濾波器27實(shí)現(xiàn)傳輸線驅(qū)動(dòng)和電容監(jiān)測(cè)，利用等電位屏蔽原理，消除電纜分布電容、傳感器極板背部分布電容對(duì)監(jiān)測(cè)靈敏度的影響，其監(jiān)出信號(hào)經(jīng)緩沖放大器28連接到電氣接口 29-2。參閱圖9，接入磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)適配器4的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)阻抗匹配電路35和由高頻積分網(wǎng)絡(luò)32、運(yùn)算放大器、低頻積分網(wǎng)絡(luò)36、超低頻增益限制網(wǎng)絡(luò)33組成的積分放大器及信號(hào)調(diào)理模塊34到電氣接口 29-3。參閱圖10，溫度信號(hào)適配器2的輸出信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜連接到多功能變送器5的溫度信號(hào)處理單元5-T。經(jīng)窄帶濾波、包絡(luò)解調(diào)、幅值監(jiān)測(cè)、線性化校正、V/I轉(zhuǎn)換等模塊處理，實(shí)現(xiàn)三線制溫度信號(hào)變換，輸出4-20mA遠(yuǎn)傳信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)傳連線輸至遠(yuǎn)端顯示儀表等顯示裝置。參閱圖10，氣隙信號(hào)適配器3的輸出信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜連接到多功能變送器5的氣隙信號(hào)處理單元5-G，經(jīng)窄帶濾波、包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值監(jiān)測(cè)、V/I轉(zhuǎn)換等模塊處理，實(shí)現(xiàn)位移傳感信號(hào)的變換，輸出4-20mA遠(yuǎn)傳信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)傳連線輸至遠(yuǎn)端顯示儀表等顯示裝置。參閱圖10，磁場(chǎng) 強(qiáng)度信號(hào)適配器4的輸出信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜連接到多功能變送器5的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)處理單元5-M，經(jīng)幅值監(jiān)測(cè)、V/I轉(zhuǎn)換等模塊進(jìn)一步處理，輸出4-20mA遠(yuǎn)傳信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)傳連線輸至遠(yuǎn)端顯示儀表等顯示裝置。
權(quán)利要求
1.電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，其特征是由集合成一體的溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度三參數(shù)傳感器，溫度傳感信號(hào)前置適配器，位移傳感信號(hào)前置適配器，磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)前置適配器，一個(gè)溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度多功能信號(hào)變送器及傳感器、適配器、變送器之間的連線組成；其中的三參數(shù)傳感器由集合在同一絕緣薄片載體內(nèi)的薄型化的電阻式溫度傳感元件、電容式氣隙位移傳感元件、感應(yīng)式氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，其特征是其中的溫度傳感信號(hào)前置適配器包括溫度傳感信號(hào)屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)器、差動(dòng)放大器、交流信號(hào)激勵(lì)源、信號(hào)輸出電器接口 ；位移傳感信號(hào)前置適配器包括位移傳感信號(hào)屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)器、緩沖放大器、交流信號(hào)激勵(lì)源、位移信號(hào)輸出電氣接口 ；磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)前置適配器包括阻抗匹配器、高頻積分網(wǎng)絡(luò)、低頻積分網(wǎng)絡(luò)、超低頻增益抑制器、信號(hào)輸出調(diào)理器、信號(hào)輸出電器接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，其特征是其中的多功能信號(hào)變送器有溫度信號(hào)處理單元、位移信號(hào)處理單元、磁場(chǎng)信號(hào)處理單元；溫度信號(hào)處理單元包括窄帶濾波器，包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值檢測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換、輸出信號(hào)遠(yuǎn)傳連線接口 ；位移信號(hào)處理單元包括窄帶濾波器，包絡(luò)解調(diào)、線性化校正、幅值檢測(cè)、V/I轉(zhuǎn)換、輸出信號(hào)遠(yuǎn)傳連線接口 ；磁場(chǎng)信號(hào)處理單元包括信號(hào)調(diào)理、幅值檢測(cè)、v/Ι轉(zhuǎn)換、輸出信號(hào)遠(yuǎn)傳連線接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，其特征是以印刷電路式雙繞非標(biāo)準(zhǔn)無(wú)感銅絲電阻作為溫度傳感元件，銅絲電阻連接三根同軸電纜信號(hào)傳輸線；以印刷電路式梳狀電容器作為位移傳感元件，印刷電路襯板背面對(duì)應(yīng)電容電極區(qū)域布設(shè)梳狀屏蔽層，電極四周環(huán)繞與背面屏蔽層連通的不封閉矩形導(dǎo)體環(huán)，傳感電容器連接雙屏蔽同軸電纜信號(hào)傳輸線；以印刷電路式矩形多匝空心線圈作為磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件，矩形多匝空心線圈連接同軸屏蔽電纜信號(hào)傳輸線。
全文摘要
電機(jī)氣隙三參數(shù)監(jiān)測(cè)器，屬于測(cè)量技術(shù)。克服使用現(xiàn)有的電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)不適應(yīng)電機(jī)狹窄的氣隙、高溫、強(qiáng)交變磁場(chǎng)等苛刻安裝條件的不足。由集合成一體的溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度三參數(shù)傳感器，溫度、位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感信號(hào)前置適配器，一個(gè)多功能信號(hào)變送器組成；其中的三參數(shù)傳感器由集合在同一絕緣薄片載體內(nèi)的薄型化的電阻式溫度傳感元件、電容式氣隙位移傳感元件、感應(yīng)式氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感元件組成。本發(fā)明的積極效果是薄形化傳感元件集合在一個(gè)適合電機(jī)狹窄氣隙安裝的絕緣薄片載體內(nèi)，配置相應(yīng)的信號(hào)處理電路，降低了監(jiān)測(cè)裝置的制造成本，簡(jiǎn)化了安裝工藝，為實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)，評(píng)估電機(jī)老化趨勢(shì)和事故發(fā)生、維系電機(jī)安全運(yùn)行提供有效的綜合監(jiān)測(cè)信息。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102654563SQ20111036107
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者林海波 申請(qǐng)人:哈爾濱瑞格大電機(jī)技術(shù)有限公司