浅析状态维修与在线监测(下)

三、在线监测１．传感器技术故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽可能多的有用信息，这是数据处理和诊断决策的基础。为了提高故障诊断水平，各种新型传感器便成为电力界的研究热点。原来用于军事的传感技术，也有一部分移植到电力设备的状态监测上来。例如，用于锅炉管道高温应变测量的光纤传感器，是带有内部谐振腔的光导纤维，可直接贴在被测管道上。用于测量锅炉燃烧室中温度的传感器，是用氧化铝保护的铂电阻，其测量精度优于１％。美国电力研究院已开发出一种直接测量分析油中气体的半导体传感器，可在线直接测量和分析油中的四种…     

一种具有温度补偿的“王”字形FBG应变传感器研制

针对铁轨温度与外载应力实时监测,设计了一种"王"字形FBG应变传感器。该传感器借助一组平行布置但彼此相连的带狭长矩形窗口的基片,将2根FBG悬空粘牢,通过基片的固连和紧贴实现具备温度补偿的应变测量,同时防止啁啾。采用有限元仿真分析传感器的应变和温度特性,并进行基于强度梁的传感器标定;最后,在高速铁路60轨道上进行了实测。仿真与实验结果表明,该传感器既可进行结构温度测量,又能实现铁轨温度补偿后的外载应变测量。     

Cu基形状记忆合金螺旋弹簧热机性能研究

论述了形状记忆合金（SMA）弹簧驱动元件的应力,应变,温度和相变之间的测试关系并进行了系统的测试,结果表明,SMA弹簧元件在三种基本使用状态下的应力－应变－温度关系呈非线性,设计中不能直接应用虎克定律,测试结果为进一步揭示SMA驱动特性及SMA驱动元件设计提供了参考依据。     

基于分布式光纤测温的干式空心电抗器温升监测方法的研究

干式空心电抗器是电力系统中主要的辅助设备之一,其烧损事故时有发生。文中基于传热学和流体力学理论,利用流体-温度场耦合仿真分析了电抗器温度场分布,由温度场分布可知当出现过热故障时,故障点上部风道口的温度会明显高于相邻风道口的温度,在此基础上,提出了一种基于分布式光纤的干式空心电抗器温升监测方法。同时,为保证对干式空心电抗器故障部位的精确定位,提出了分布式光纤的环状式布局方式,故障部位定位精度可达±1个风道口。本文还通过实验验证了该测温方法的有效性和可靠性。     

Cu基形状记忆合金弹簧热机性能研究

论述了形状记忆合金 (SMA)弹簧驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的关系并对铜基形状记忆合金螺旋弹簧进行了系统的测试。对试验结果及其机理进行了系统分析 ,试验结果表明 ,SMA弹簧元件在 3种基本使用状态下的应力—应变—温度关系呈现非线性 ,设计中不能直接应用虎克定律。测试结果为进一步揭示SMA驱动特性及设计SMA驱动元件提供了参考依据。     

测量内部应变的新型压电传感器

本文介绍的新的应变传感器是由一片或多片石英压电晶体组成,安装在圆柱形金属壳内。依靠预压螺钉,将传感器安装在一定深度的小孔内,实现对机械结构或工件内部纵向或横向应变的测量。实验表明,传感器所测应变与结构所受外部力或压力相关。传感器的工作温度达400℃。     

新型多功能光纤传感器研究及应用

应用了基于马赫曾德干涉机构的新型光纤传感器,其优点为:结构灵巧,易于埋入待测结构内;灵敏度高,能感受到材料内部的微小变化;测量原理简单可靠,信号容易探测.这种传感器将可以检测应变、温度等参量,为工程结构的长期健康监测提供了强有力的保证.本文构建了一套光纤传感器检测系统,通过电测系统对其进行了标定,得到了干涉条纹移动数与应变之间的关系,并用其对典型试件受静态栽荷做了检测,结果与实际相符.此外应用该系统做了温度变化的标定与测量试验,同样结果较好.说明该光纤传感器在工程结构中的应用前景很好.     

基于光纤传感技术的三维地应力传感器

为了实现对地下岩层空间应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术与平面应力状态测量原理,提出了一种平面应变花与光纤光栅传感技术相结合的监测方法。通过利用碳纤维层积复合材料对光纤光栅封装做成应变传感单元,九个应变传感单元分别组成两组直角应变花与一组等角应变花,三组应变花分别放置于三个圆柱形探头S1,S2,S3上,三个探头以一定的机械结构连接构成地层空间应力的监测的三维地应力传感装置。对光纤应变传感单元进行温度与应力的标定实验,在室内对整体传感装置进行了应力加载模拟实验。实验结果表明:光纤应变传感单元的应力分辨率为0.017 2 MPa;应力监测为0~60 MPa;探头S1最大主应力的监测平均误差为16.31%,探头S2最大主应力的监测平均误差为24.36%,S3探头的绝对误差为0.006 8 MPa;实际加载应力与传感器测量的应力空间角度误差平均值为1.24°。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层空间应力状态连续监测的要求。     

3D打印PLA材料内部应力检测研究

基于FDM技术的3D打印方式在先进制造领域应用越来越广泛,打印过程中由于熔融材料快速冷凝而发生收缩。现阶段没有合适手段检测打印件内部应变。光纤光栅具有柔性特征,可以粘合在打印件内部通过实验监测内部应变。本实验的研究对象是以PLA作为3D打印材料,通过在3D打印过程中将光纤光栅埋入实验样本,通过拉伸实验和温度实验测试了该材料的内部应变变化以及确认残余应力。     

基于弹性支撑式体外凝血检测传感器 疲劳极限寿命评估方法

针对体外凝血检测传感器结构核心元件弹性支撑易遭受变形而引起传感器失效的关键问题,建立一种基于传感器疲劳寿命和断裂方式的可靠性寿命评估方法。本文根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,对传感器可靠性进行失效分析,通过建立可靠性理论分析力学模型,推导由弹性支撑应变传递系数引起的凝血检测传感器极限传感寿命判断准则表达式,采用有限元分析法对弹性支撑进行谐响应分析,以传感器疲劳寿命第15等级作为失效阈值,提出基于传感器弹性支撑的极限传感寿命测试方法。利用本方法对双通道体外凝血检测传感器进行了1.08亿次应力疲劳实验,弹性支撑的螺旋弹片满量程相对有效误差分别为3.89%、3.79%、4.75%,按照4.5%为满量程相对误差分界线,结果表明该弹片已经到了应力寿命极限,其余两片均未达到安全阈值水平,所以传感器的疲劳寿命可靠性约为1.08亿次,与仿真数据基本吻合,验证了建立的体外凝血检测传感器极限传感寿命评估方法可以满足传感器失效分析的要求,为提升此类传感器的研制工艺提供核心技术。     

一种扶梯梯级与围裙板间隙测量仪器的研制

为解决自动扶梯梯级与围裙板安全间隙测量精度低、效率不高的问题,研制了一种具有数字显示功能的自动扶梯梯级与围裙板间隙测量的仪器.该仪器采用单片机采集应力传感器和应变传感器的数值信号,当应力传感器的数值达到最大值时,根据被测间隙和应力传感器、应变传感器之间的对应关系,得到被测间隙的数值,并且将数值直接显示在显示屏上,实现对梯级与围裙板之间间隙的测量.试验结果表明,仪器可以实现对梯级与围裙板间隙的测量,测量结果为夹人位置处的间隙值;测量结果直接显示在显示屏上,降低了劳动强度,测量精度暂时不能稳定达到0.1 mm范围内,还需要对仪器的软硬件进行优化.     

500kV电抗器隔声板降噪效果分析

随着我国"一带一路"战略实施,越来越多的电力设备进入国际电力市场,低噪声电抗器可满足部分国家对电力设备低噪声的要求。基于此,主要对500kV电抗器安装隔声板前后噪声进行测试与分析,为低噪声电抗器研制提供参考依据。     

基于LC的无线无源应变传感器的制备与测试北大核心CSCD

针对恶劣环境下检测装备应变的需求,设计了一种无线无源的应变传感器,此传感器采用电感电容分离的结构,可以有效延长使用寿命,减少电磁干扰。通过高频结构模拟器(HFSS)仿真对传感器电场进行仿真,验证了其可行性。采用电镀技术制备了传感器,搭建应变测试平台对其进行测试,测试结果表明,该传感器可以检测0~2 500με范围内的应变,传感器谐振频率随应变的增大规律性地向右偏移,应变灵敏度为7.6 Hz/με。由测试结果可知,该无线无源应变传感器可以稳定地进行应变监测且测试结果可靠。     

基于平面线圈的磨粒监测传感器

为了提高油液的在线监测水平,研制了一种基于电感测量的铁磁性颗粒传感器,用MEMS工艺制作了一种平面线圈型的传感器并分析了其工作原理.设计了信号处理电路,对传感器的性能进行了实验研究.结果表明:颗粒含量在10～ 100 mg时,传感器具有良好的线性度,灵敏度为7.145 5 V/g,该传感器可以分辨5 mg的铁屑含量,输出稳定,为油液的在线监测提供了一种新的检测元件.     

加载面曲率对柔性压磁材料薄片力学性能的影响

在曲率较大的柱形或球形凸、凹接触界面之间的压力测量过程中,一般会将测试前呈平直薄片的柔性传感器敏感元压至与被测表面面型一致,这样就会因敏感元自身面型变化而引入测量误差。这是这类接触界面压力测量传感器研制中必须关注的问题。针对这一背景,以圆柱形接触界面为例,采用作者以前建立的含柔性泡沫元件组合结构的近似数值分析方法,建立凸圆柱面-柔性压磁材料薄片-凹圆柱面的有限元模型,通过数值模拟和相应实验,得到了不同曲率圆柱面加载下柔性压磁敏感材料薄片所受轴向压缩应力与轴向压缩应变之间的关系。结果表明,加载面曲率越小,应力-应变曲线的近似线性段的斜率就越大,在加载面曲率半径大于20 mm时,其影响基本可以忽略。该结果对于将柔性压磁敏感材料薄片作为敏感元开发大曲率柱形或球形接触界面之间的压力测量传感器具有理论指导意义。     

光纤Bragg光栅应变传感器在桥梁结构监测中的应用

为了更准确了解桥梁结构变化情况,提出了一种新的检测方法。采用串联式组网方法,用光纤Bragg光栅(FBG)表面式应变传感器,对大桥左线衬砌裂缝及其长期变形进行监测。对裂缝存在区域的20个监测断面进行近一年的监测结果表明,对温度(测量记录最大温差6.4℃)进行补偿后,光纤Bragg光栅应变传感器的应变在正常范围内,表明在监测期桥梁结构稳定无异常变化。     

用于钢轨温度应力检测的电容式位移传感器的研究与设计

介绍了一种用于检测无缝钢轨温度应力的电容式位移传感器。它利用了标定轨长原理，通过检测钢轨的应变(位移)来检测钢轨的温度应力。由于这种应变一般只有数十μm，进行位移放大是提高传感器灵敏度和降低电路设计难度的必然要求。因此，设计了一种柔性铰链作为位移放大机构；并通过ANSYS软件对位移机构放大和电容电场进行有限元建模分析，以实现参数的优化；同时还分析了位移放大机构对传感器的灵敏度、线性度等参数的影响，以实现对传感器的优化设计．     

压力、温度复合传感器技术研究

介绍了一种压力、温度复合传感器的主要研制加工技术.通过采用灵敏度温度自补偿技术、激光调阻技术、以及薄膜微电路加工工艺等关键技术和手段,在弹性体上制作薄膜应变电阻和薄膜温敏电阻,实现压力、温度双参数测量的功能.同时通过监测温度,可以进一步精确修正压力参数测量的特性方程.     

智能缆索传感方案优化

将应变传感元件制成智能筋并直接植入缆索中,使其具备索力自感知能力的"智能缆索技术"是当前研究的热点.为了简化基于智能筋的智能缆索工艺、解决其超大应变测量难题,需对传感方案进行优化.由弹性力学控制方程出发,对缆索全索应力分布的特性进行了理论分析与计算,并重点讨论了缆索锚固区的应力分布特性,提出了一种基于锚固区应变测量的传感优化方案.该优化方案不仅将测量应变减小为原先的1/6,而且将应变传感器长度由原先的约几百米缩短为不足一米,大大降低了成本,同时利用锚固填料固化后的强劲粘接力保证了传感器与钢丝的协同变形,消除了钢筋扭绞对应变传感器的性能影响.     

新型固态横风传感器研究

提出一种新的测风方法,利用热元件散热温度函数关系,研制了固态横风传感器。传感器内采用恒压加热与温敏为一体的专用检测元件,补偿的数据查表技术,提高了传感器测风精度,消除了环境温度的影响,达到了固态测风仪的设想,满足了野外作业恶劣条件的苛刻要求。