FBGセンサ多重法を用いた電気コイルにおけるその場での分散熱ホットスポットモニタリング用設計、計測、使用プロトコル

電気コイル内の熱ホット スポットを監視することは、デバイスの健全性、寿命の残り、および設計限界への近接性を理解できるため、電力伝導領域において重要です。このモータ技術により、多重化電磁免疫と光ファイバセンシングによる電力の適用に基づいて、電気コイル構造内の熱ホットスポットの監視を行うことができます。このビデオで説明されている高度なFPGセンシング性能はユニークであり、アクティブサーマルカップルなどの従来のセンサーの適用や抵抗ベースの熱推定技術の適用とは比べものにならない。

FBGセンサは、熱および機械的励起に対して本質的に反応し、壊れやすい。したがって、電気コイル構造を用いた密温熱センシングの用途は、このプロトコルで説明されている特別な手順を必要とします。まず、ターゲットコイル構造と尋問システムの特徴に基づいて、センサーの設計と仕様を特定します。

ここに示すテストコイルは、電気機械コイルの典型的な標準のIEEEクラスHモータレットです。センシング画面を設計する場合、光センシングファイバは、創傷コイルセンシング用途の典型的な熱および機械的環境で動作を維持します。標準的な曲げ無神経なポリアミド単一モード繊維を使用してセンサーが摂氏200度を超える温度で動作し、それが望ましいコイルの幾何学に合致するように曲げられる機械特性を有することを保障する。

本アプリケーションでは、4つの熱センシングポイントを4つのテストコイル断面中心位置に設置する。個々のセンシング位置は、電気機械の潜熱監視基準に基づいて特定されます。センシングヘッド間の距離は、コイルジオメトリと選択センシング位置に基づいています。

次に、個々の FBG ヘッドの長さが 5 ミリメートルで、使用される商業尋問者の評価に合わせて 1529 ~ 1560 ナノメートルの帯域幅で間隔を合わせた異なる波長で等級付けし、波長のずれ干渉を防ぐように指定します。ここでは、全体の繊維長は1.5メートルに指定されています。最初の1.2メートルはテフロンでパッケージされ、外部の尋問装置への接続を可能にする。

3メートルの追加の長さは、4つの未パッケージのセンシングヘッドが含まれています。このビデオに示されているのは、市販された指定アレイセンサーです。まず、FC/APCコネクタから保護キャップを取り外します。

次に、光学式コネクタクリーナーでそっと拭いてコネクタの端面を清掃します。次に、キーウェイが正しく位置合わせされ、クリーニングされた FBG プローブ コネクタが、尋問者チャネル コネクタに差し込まれるようにします。尋問官の電源を入れ、構成ソフトウェアを実行します。

計測器の設定タブで、FBGアレイプローブからの反射波長スペクトルを観察します。関連するチャネルスペクトルでは4つのピークが観測されるべきである。ソフトウェアでは、サンプリング周波数を 10 ヘルツに設定し、FBG 間のスペクトル境界を設定して、測定干渉を防ぎます。

次に、測定設定で FBG ヘッドに FBG-1、FBG-2、FBG-3、FBG-4 という名前を付けます。この段階でグラフィカルに表示される量のタイプとして波長を選択します。ピークキャピラリーを使用して、FBGヘッドが配列繊維に刻印されているセンシング領域を適切にパッケージ化します。

これにより、ガラス繊維を保護し、センシングヘッドが機械的な励起から分離され、排他的に熱励起応答センサーが得られるようにします。繊維挿入を可能にし、毛細血管関節を覗くためにテフロンをカバーするために、数センチメートルのターゲットコイル構造の長さに商業ピークチューブの十分な長さをカットします。次に、FBGアレイとピークキャピラリーを注意深く測定し、ピークキャピラリーの外面のセンシング位置を正確に特定します。

これにより、モータレットテストコイル内のターゲット位置にFBGセンシングヘッドを配置できます。次に、後で使用するために適当なサイズのシュリンクチューブを調製する。ピークキャピラリーに繊維センシング領域を挿入し、キャプトンテープを使用して覗き見とテフロン接続を維持します。

パッケージ化されたFBGアレイセンサーを熱室に挿入して、個別の温度対波長点を抽出してキャリブレーションします。FBGアレイの検出領域は、コイルの形状に基づいて形成されます。次に、採点光ファイバを尋問者に接続し、事前設定された尋問者ソフトウェアルーチンを起動します。

オーブンを一連の熱定常状態点で動作し、配列内の個々のFBGの測定反射波長からテーブルを作成する。すべての一定温度のために、チャンバーでそれをエミュレートします。次に、記録されたシフト波長対温度測定値を使用して、最適な温度波長シフトフィット曲線と各FBGの係数を決定します。

計測された係数を、尋問ソフトウェアの関連設定に入力して、FBGアレイからのオンライン温度測定を可能にします。まず、モータレットランダム巻きコイルを構築し、計装します。これを実現するには、選択したクラスHエナメル銅線リールを巻き上げ装置にセットし、コイルの半分を低速で巻きます。

次いで、キャピラリーをキャピラリーをキャピラリーをキャピラリーをキャピラリーをキャプトンテープを用いてコイルの中央に装着する。適切に配置されたら、残りのコイルを巻きます。完成したコイルをモーターレットフレームに入れる。

次に、モーターレットコイルと巻線を結合します。FBGアレイを尋問者に接続した状態で、テフロンの端部の開口部と覗く毛細血管が接触するまで、センシング領域繊維を慎重に覗くキャピラリーに挿入します。収縮チューブを動かして毛細管の端を覆い、適切に目的のフィット感が得られるまで向きます。

静的テストを開始するには、モータレットをDC電源に接続し、DC電源を接続して、DC電流をモレットに注入します。モータレットコイルの熱平衡に達するまで測定を記録します。次に、不均一な熱条件試験を行う。

このテストでは、まず、選択したテストコイルセクションを20回転に含む外部コイルを巻き付けます。外部コイルを別のDC電源に接続して、静的テストで使用したのと同じDC電流でモータレットを通電させます。熱平衡に達したら、熱測定の記録を開始します。

最後に、DC電流で外部コイルを通電し、テストコイルに局在する熱励起を提供することで不均一な熱状態を提供します。熱平衡に達したら測定の記録を停止します。この代表的な静熱試験の間、4つの内部温度測定値は、対応するコイル位置のそれぞれの配列FBGヘッドによって取られた。

測定値は、摂氏約1.5度未満の記録された個々の測定値の間のわずかな変動と密接に類似しています。外部20ターンコイルが励起されると、コイル構造内の不均一なコイル状態をエミュレートし、コイル内部温度の再分配による熱測定で明確な変化が観察された。外部コイルに最も近いセンシングポイントと最も近い近接性FBG4は、最も高い熱レベルと最も遠い離れたセンシングポイントであるFBG 2を測定し、最低値を測定した。

観察された測定値は、個々のセンシングヘッド分布の変動、検査されたテストコイル幾何学に明確に関連している。ランダムな巻きコイルの熱ホットスポット分布の監視と識別によるコイル埋め込みアレイセンサーの機能を示します。このビデオでは、FBG技術を用いた単一光ファイバが、電気コイルの構造内で熱ホットスポットの分散測定を可能にする方法を実演しました。

これを実現することは、従来のセンサーを使用して非常に困難になります。正確な測定を確実に行うために、包装、設置、校正手順に特に注意してください。これらは、熱機械FBGクロス感度を緩和し、ファイバを保護し、信頼性の高い熱読み取りを可能にするために必要です。

報告された技術は、従来のセンサーが挑戦されているエネルギー変換装置の専任の熱監視アプリケーションの開発のための新しい機会を提供する。