[發明專利]多路復用光纖裂紋傳感器

無效

• 申請號: 201280017228.0
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN103460007A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: R.T.約翰斯頓
• 申請（專利權）人: 西門子能量股份有限公司
• 主分類號: G01M11/08
• 分類號: G01M11/08;G01M5/00;F01D17/02;G01N3/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 曲瑩

相關申請的交叉引用

本申請是2011年2月9日提交的標題為“多路復用光纖磨損傳感器(Multiplexed?Optical?Fiber?Wear?Sensor)”的美國專利申請序列No.13/023,785的部分繼續申請。

技術領域

本發明總體涉及一種光纖裂紋檢測器，更特別地涉及一種采用光纖布拉格光柵(FBG)傳感器的光纖裂紋檢測器。

背景技術

許多設備、機器及相關系統采用了可移動部件，其以可能在部件上導致不希望的磨損、缺陷、裂紋等方式彼此相互作用。例如，渦輪機、壓縮機和其它機器包括電機，電機使具有槳葉的軸和布置于其上的其它元件旋轉。操作這樣的機器可導致不必要地接觸槳葉和其它具有殼體的移動部件以及機器內的其它結構。這種不必要的接觸可以由許多因素導致，諸如熱膨脹、軸轉速高、電機浪涌等。此外，一些這些類型的機器可采用本領域公知的刀口密封件，其包括定位在旋轉構件上的薄邊緣，該薄邊緣接觸一靜止結構并提供了從邊緣一側到另一側的壓力密封。即，刀口密封件限制流量并形成壓力差。在刀口和結構之間的該旋轉接觸點必須要小以限制流量，從而通常由于諸如浪涌等非標準操作條件在機器操作期間在兩個部件不慎觸碰的情況下導致它們的磨損。

這樣的部件可能會過度磨損，這會影響部件、系統或機器所屬一部分的性能和操作?？梢宰龈鞣N事情來減少磨損，如提供潤滑油、適當的低摩擦材料、部件之間的有利取向等。然而，這些可用的補救措施并不總是足夠的，并且仍可能發生過度磨損。一些機器和系統允許通過視覺檢查來檢測部件磨損。但是，有許多應用場合這種視覺檢查是不可能的或者是不可行的，因為檢查所必要的時間、成本、勞動力等過大。

在本領域中已做出許多嘗試，通過在磨損位置在部件內提供傳感器來檢測部件磨損和其它缺陷，該傳感器檢測材料的去除以及部件上的磨損。例如，已知將光纖嵌入到一部件的表面中處于希望檢測磨損的位置，并使用沿著光纖向下傳播的光束和合適的檢測電路，來確定光纖是否由于磨損已被破壞。其它采用光纖的系統也是已知的。

于2010年3月16日提交的、標題為“用于檢測表面磨損的光纖傳感器系統(Fiber?Optic?Sensor?System?for?Detecting?Surface?Wear)”的、轉讓給本申請受讓人并引入本文作為參考的美國專利申請序列No.12/724,531公開了一種用于檢測表面磨損的光纖傳感器。一根或多根光纖設置在被檢測的部件內，其中光纖的包括再發射部的一端定位在磨損表面附近。沿著光纖向下傳播的光束接觸再發射部，生成了能夠檢測出的返回射束。再發射部可以是反射該射束的反射元件或是響應射束而發熒光的熒光元件。如果表面的磨損在部件中足夠深，其中再發射部被磨掉或以其它方式顯著損壞，則不會從再發射部提供返回信號，這表明該部件的磨損已經達到了一定深度。然而，這種類型的磨損檢測傳感器有其局限性。例如，通常需要在光纖端部處提供再發射部。

上面所討論類型的機器中的各種部件的磨損檢測擴展到因使用機器發生的可形成在那些部件中的實際裂紋的檢測。裂紋檢測儀在本領域中是已知的，其包括由導電材料制成的等距隔開的平行條，在每一端終止于公共導體。這些條通常通過機械結合如水泥或環氧樹脂而附接至被檢測的部件。已知，各平行導電條中的每個在約2％應變時失效。通過監測因失效條產生的電阻變化，可以推斷破壞的導電條數，并可以間接地確定裂紋長度。

該方法包括一些缺點，包括：裂紋計間接測量裂紋增長、元件制造變化隨測量的不確定度而增加以及裂紋計的大小因元件的性質而受限，其中電阻值隨長度而變大。此外，由于裂紋計是基于電的，它易受某些機械常有的電磁場的噪音影響，并且裂紋計需要知曉預定位置。

眾所周知的是，10μm直徑的光纖傳播芯部會提供多模式傳播。由于10μm直徑的電纜易因應變受破壞，所以已提出將它以垂直于預期裂紋形成方向延伸的平行柵格樣式進行安裝。之前已經提出將這些光纖的陣列設置在要監測的基底之上或之中，以待裂紋增長。