基于光纤光栅的电机温度测量系统的研究

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1、摘要电机在工农业生产和生活中应用的非常广泛，保证电机安全可靠的工作对生产生活和经济等都非常重要。电机内部温度变化是影响电机运行性能的重要指标之一，电机温度过高会直接缩短电机的使用寿命并影响其安全可靠的运行。因此，准确的检测电机内温度的分布，对电机使用时间、安全性的保障和合理的设计具有重要的指导意义。为了测量电机内部各部件在正常运转情况下的温度变化情况，本文采用光纤布拉格光栅传感器实现电机内部的温度测量。光纤光栅的强抗电磁干扰、良好的绝缘性、测量灵敏度高以及容易实现分布式多点测量等特点，使其非常适合测量电机内部的温度。实验证明，基于光纤光栅传感技术实现电机的温度测量，不但具有很强的抗电磁干扰能

2、力，而且可以实现多点分布式温度测量，是一种在复杂环境下较为理想的测温方法。首先对目前国内外有关电机温度场的研究状况及温度场的常用计算方法做了详细的分析，对光纤光栅的国内外发展、电机温度测量方法以及各种FBG解调方法进行比较分析后，提出了基于光纤光栅的电机温度测量系统的方案。利用ANSYS16.0Workbench有限元分析软件对电机内部定转子的温度分布情况进行仿真，得到电机定转子的温度场的分布，确定所需传感器测温范围的同时，也为实际测量中光纤光栅传感器的测温点合理布置提供了依据。完成了硬件系统搭建工作。对系统硬件部分用到的各主要器件（ASE光源、FBG、光环形器、光纤连接器等）的相关原理或特

3、性进行了详细的阐述。在解调模块内部完成光-电信号的转化，再通过控制电路完成数据采集。通过USB实现硬件部分与上位机的通信，将硬件部分采集到的数据传送到PC机上进行数据的进一步处理。在PC机上采用Labview图形化编程语言编写数据处理界面，界面主要包括设备连接、数据获取、波形和温度值显示、数据存储等功能模块。最后将系统的硬件部分和软件部分连接完成整个系统的搭建，进行系统实验，得到实验结果证明FBG的波长与温度之间呈现线性关系并证明了该测温系统的可行性。关键词：光纤Bragg光栅，Labview，FBGA解调模块，有限元分析，电机温度场IAbstractMotorsarewidelyusedi

4、ndailyindustrialandagriculturalproduction.Itisveryimportanttoensurethesafeandreliableoperationofmotorsforproduction,lifeandeconomy.Thechangeoftheinternaltemperatureofthemotorisoneoftheimportantindicatorsthataffecttheperformanceofthemotor.Ifthetemperatureofthemotoristoohigh,theservicelifeofthemotorw

5、illbeshortenedanditssafeandreliableoperationwillbeaffected.Therefore,accuratedetectionofthetemperaturedistributioninthemotorhasimportantguidingsignificancefortheuseofthemotor,thesecurityguaranteeandreasonabledesign.Inordertomeasurethetemperaturevariationoftheinternalpartsofthemotorundernormaloperat

6、ingconditions,thefiberBragggratingsensorsareusedtorealizetheinternaltemperaturemeasurementofthemotor.TheFBG'sstrongresistancetoelectromagneticinterference,goodinsulation,highmeasurementsensitivity,andeasyimplementationofdistributedmulti-pointmeasurementmakeitidealformeasuringthetemperatureinsidethe

7、motor.Experimentsshowthatthetemperaturemeasurementofthemotorbasedonfibergratingsensingtechnologynotonlyhasstronganti-electromagneticinterference,butalsocanachievemulti-pointdistributedtemperaturemeasurement