专利名称：电机气隙三参数监测器的制作方法
技术领域：
本发明属于测量技术，具体涉及电机定、转子之间气隙温度、位移和磁场强度的在线监测装置。
背景技术：
电机定、转子气隙的温度、位移、磁场强度监测是保证机组安全运行的必要手段。 对于长期运行的老旧机组，转子铁芯、定子铁芯叠片的松动、变形和绝缘老化，将会引起铁芯温度过高、磁场畸变、甚至导致转子“扫堂”的恶性事故发生，造成不可估量的损失。配置有效的监测器对相关参数进行在线监测，对实现早期预警、避免恶性事故发生具有重要意义。在转子气隙内配置气隙位移传感器，可以监测气隙位移的动态变化，监视转子磁极轮廓的形变，评估定子铁芯圆度；在转子气隙内配置气隙磁场强度传感器，可以监测气隙磁场的动态变化，监视气隙磁场强度的波形和频谱，评估转子磁极和定子铁心叠片的绝缘以及发生的形变；在转子气隙内配置气隙温度传感器，可以直接监测气隙温度的动态变化， 间接监测转子绕组、铁芯和定子绕组、铁芯的运行温度，有效评估电机运行状况。现有的比较成熟的与位移、温度、磁场监测相关的产品有电涡流或光电型位移传感器、红外线型温度传感器、霍尔型磁场强度传感器，多为单一的监测功能，欲对温度、位移、磁场强度同时进行在线监测，涉及多套监测装置，给安装、监测操作及观察带来诸多不便。而且，前述的监测装置在结构和性能上不能适应电机狭窄的气隙、高温、强交变磁场、污染等苛刻的安装环境条件。
发明内容本发明的目的是提供一种电机气隙三参数监测器，用于对运行中的电机定、转子气隙的温度、位移、磁场强度在线监测，克服使用现有的监测装置进行同时在线检测时存在的监测装置分散、安装繁琐，监测操作、观察不够方便，及监测装置本身不适应电机狭窄的气隙、高温、强交变磁场等苛刻安装条件的不足。本发明的监测器由集合成一体的温度、位移、磁场强度三参数传感器，温度传感信号前置适配器，位移传感信号前置适配器，磁场强度传感信号前置适配器，一个温度、位移、 磁场强度多功能信号变送器及传感器、变送器、变送器之间的连线组成；其中的三参数传感器由集合在同一绝缘薄片载体内的薄型化的电阻式温度传感元件、电容式气隙位移传感元件、感应式气隙磁场强度传感元件组成本发明的温度传感信号前置适配器包括温度传感信号屏蔽电缆驱动器、差动放大器、交流信号激励源、信号输出电器接口 ；位移传感信号前置适配器包括位移传感信号屏蔽电缆驱动器、缓冲放大器、交流信号激励源、位移信号输出电气接口 ；磁场强度信号前置适配器包括阻抗匹配器、高频积分网络、低频积分网络、超低频增益抑制器、信号输出调理器、 信号输出电器接口。[0008]本发明的多功能信号变送器有温度信号处理单元、位移信号处理单元、磁场信号处理单元及信号远传接口 ；温度信号处理单元依次由窄带滤波器，包络解调、线性化校正、幅值检测、V/I转换组成；位移信号处理单元依次由窄带滤波器，包络解调、线性化校正、幅值检测、V/I转换组成；磁场信号处理单元依次由信号调理、幅值检测、V/I转换组成。为在当前技术条件下，为获得最薄的传感器，本发明以印刷电路式双绕非标准无感铜丝电阻作为温度传感元件，铜丝电阻连接三根同轴电缆信号传输线。以印刷电路式梳状电容器作为位移传感元件，印刷电路衬板背面对应电容电极区域布设梳状屏蔽层，电极四周环绕与背面屏蔽层连通的不封闭矩形导体环，传感电容器连接双屏蔽同轴电缆信号传输线。以印刷电路式矩形多匝空心线圈作为磁场强度传感元件，矩形多匝空心线圈连接同轴屏蔽电缆信号传输线。本发明的积极效果是首先给出薄形化监测电机气隙温度、位移、磁场强度的传感元件，其后又将薄形化传感元件集合在一个适合电机狭窄气隙安装的绝缘薄片载体内，配置相应的信号处理电路，取得了一体化的电机气隙三参数监测器，降低了监测装置的制造成本，简化了安装工艺，为实现多参数同时在线监测，评估电机老化趋势和事故发生、维系电机安全运行提供有效的综合监测信息。

[0011]图1是本发明监测器传感器、适配器、变送器组合结构图。[0012]图2是本发明监测器中传感器引线图。[0013]图3是本发明监测器中传感器引线端剖面图。[0014]图4是本发明中传感器传感元件布局图。[0015]图5是本发明中传感器传感元件位置横剖面(A-A)图。[0016]图6是本发明中传感器传感元件引线焊接图。[0017]图7是本发明中温度传感信号前置适配器原理图。[0018]图8是本发明中位移传感信号前置适配器原理图。[0019]图9是本发明中磁场强度信号前置适配器原理图。[0020]图10是本发明中多功能变送器结构框图。
具体实施方式
参阅图1、图2，电机气隙三参数监测器包括集合成一体的电机气隙温度、位移、磁场强度三参数传感器1、温度传感信号前置适配器2、位移传感信号前置适配器3、磁场强度传感信号前置适配器4、多功能变送器5。三参数传感器1监出信号经同轴屏蔽电缆6、7、8分别连接到各自的信号适配器2、3、4，适配器输出信号通过多芯屏蔽电缆连接到多功能变送器5，变送器输出4-20mA远传信号。参阅图3，电机气隙三参数传感元件载体由上层10、中层9、下11三层耐高温绝缘材料叠装并用耐高温绝缘胶粘接而成，传感器总厚度不超过5. 0mm。参阅图4、图5，传感元件布局分左中右三个区域，右边区域作为温度传感元件的印刷电路式双绕非标准无感铜电阻12。中间区域作为位移传感元件的印刷电路结构的电容器13，为避免在强交变磁场下产生强大的涡流，电容电极开有梳状狭缝13-1，电极四周以不封闭的矩形线环绕，并在背面区域布设梳状屏蔽层，分别构成等电位环和等电位屏蔽层13-2，用来充分减小极板的散射电容和背部对铁芯的分布电容，提高对目标位移监测的敏感度。左边区域作为磁场强度传感元件的印刷电路式多匝矩形电磁感应空心线圈14。传感元件衬板21的材质为环氧玻璃丝绝缘布板。参阅图6，在传感器信号引出端有引线条形焊盘和焊槽焊盘22和焊槽16、17。焊盘和焊槽经过孔化、镀锡工艺处理。连接引线时，先将引线屏蔽层焊接在屏蔽层焊槽内，再把芯线以倒螺旋形式缠绕芯线绝缘层，焊接在条形芯线焊槽和焊盘上。以上精巧的设计和工艺提高了引线连接的可靠性和抗拉性，可充分适应电机气隙内的风速扰动。参阅图7，温度信号适配器包括双高频恒流激励源沈-1、26_2，同轴电缆驱动器 30、差分放大器31、电气接口 29-1，稳压器25-1。参阅图8，位移传感信号适配器包括高频电压激励源沈-3，二阶有源滤波器27、缓冲放大器28、电气接口 29-2，稳压器25-2。参阅图9，磁场强度传感信号适配器包括阻抗匹配电路35和由运算放大器、高频积分网络32、运算放大器、低频积分网络36、超低频增益限制网络33组成的积分放大器，信号调理模块34、电气接口四-3。参阅图10，多功能变送器5中的温度信号处理单元5-T依次包括经窄带滤波、包络解调、线性化校正、幅值监测、V/I转换模块。V/I转换输出接信号远传连线接口。参阅图10，多功能变送器5中的气隙信号处理单元5-G包括窄带滤波、包络解调、 线性化校正、幅值监测、V/I转换模块。V/I转换输出接信号远传接口。参阅图10，多功能变送器5中的磁场强度信号处理单元5-M包括信号调理电路、幅值监测、V/I转换模块。V/I转换输出接信号远传接口。。本实施例的工作过程是参阅图7，温度信号适配器2中的激励源沈-1、26_2为温度传感元件提供双高频恒流激励，通过同轴电缆驱动器30实现信号传输驱动，消除电缆分布电容对高频信号的影响，经差分放大器31消除导线串联阻抗，差分放大器31输出信号连接到电气接口四-1。参阅图8，位移传感信号适配器3中的激励源沈-3为位移电极提供高频电压激励， 通过二阶有缘滤波器27实现传输线驱动和电容监测，利用等电位屏蔽原理，消除电缆分布电容、传感器极板背部分布电容对监测灵敏度的影响，其监出信号经缓冲放大器观连接到电气接口 29-2。参阅图9，接入磁场强度传感信号适配器4的磁场强度信号经阻抗匹配电路35和由高频积分网络32、运算放大器、低频积分网络36、超低频增益限制网络33组成的积分放大器及信号调理模块34到电气接口四_3。参阅图10，温度信号适配器2的输出信号通过屏蔽电缆连接到多功能变送器5的温度信号处理单元5-T。经窄带滤波、包络解调、幅值监测、线性化校正、V/I转换等模块处理，实现三线制温度信号变换，输出4-20mA远传信号，经远传连线输至远端显示仪表等显示装置。参阅图10，气隙信号适配器3的输出信号通过屏蔽电缆连接到多功能变送器5的气隙信号处理单元5-G，经窄带滤波、包络解调、线性化校正、幅值监测、V/I转换等模块处理，实现位移传感信号的变换，输出4-20mA远传信号，经远传连线输至远端显示仪表等显示装置。 参阅图10，磁场强度信号适配器4的输出信号通过屏蔽电缆连接到多功能变送器5的磁场强度信号处理单元5-M，经幅值监测、V/I转换等模块进一步处理，输出4-20mA远传信号，经远传连线输至远端显示仪表等显示装置。
权利要求1.电机气隙三参数监测器，其特征是由集合成一体的温度、位移、磁场强度三参数传感器，温度传感信号前置适配器，位移传感信号前置适配器，磁场强度传感信号前置适配器，一个温度、位移、磁场强度多功能信号变送器及传感器、适配器、变送器之间的连线组成；其中的三参数传感器由集合在同一绝缘薄片载体内的薄型化的电阻式温度传感元件、电容式气隙位移传感元件、感应式气隙磁场强度传感元件组成。
2.根据权利要求1所述的电机气隙三参数监测器，其特征是其中的温度传感信号前置适配器包括温度传感信号屏蔽电缆驱动器、差动放大器、交流信号激励源、信号输出电器接口 ；位移传感信号前置适配器包括位移传感信号屏蔽电缆驱动器、缓冲放大器、交流信号激励源、位移信号输出电气接口 ；磁场强度信号前置适配器包括阻抗匹配器、高频积分网络、低频积分网络、超低频增益抑制器、信号输出调理器、信号输出电器接口。
3.根据权利要求1所述的电机气隙三参数监测器，其特征是其中的多功能信号变送器有温度信号处理单元、位移信号处理单元、磁场信号处理单元；温度信号处理单元包括窄带滤波器，包络解调、线性化校正、幅值检测、V/I转换、输出信号远传连线接口 ；位移信号处理单元包括窄带滤波器，包络解调、线性化校正、幅值检测、V/I转换、输出信号远传连线接口 ；磁场信号处理单元包括信号调理、幅值检测、V/I转换、输出信号远传连线接口。
4.根据权利要求1所述的电机气隙三参数监测器，其特征是以印刷电路式双绕非标准无感铜丝电阻作为温度传感元件，铜丝电阻连接三根同轴电缆信号传输线；以印刷电路式梳状电容器作为位移传感元件，印刷电路衬板背面对应电容电极区域布设梳状屏蔽层，电极四周环绕与背面屏蔽层连通的不封闭矩形导体环，传感电容器连接双屏蔽同轴电缆信号传输线；以印刷电路式矩形多匝空心线圈作为磁场强度传感元件，矩形多匝空心线圈连接同轴屏蔽电缆信号传输线。
专利摘要电机气隙三参数监测器，属于测量技术。克服使用现有的电机气隙监测不适应电机狭窄的气隙、高温、强交变磁场等苛刻安装条件的不足。由集合成一体的温度、位移、磁场强度三参数传感器，温度、位移、磁场强度传感信号前置适配器，一个多功能信号变送器组成；其中的三参数传感器由集合在同一绝缘薄片载体内的薄型化的电阻式温度传感元件、电容式气隙位移传感元件、感应式气隙磁场强度传感元件组成。本实用新型的积极效果是薄形化传感元件集合在一个适合电机狭窄气隙安装的绝缘薄片载体内，配置相应的信号处理电路，降低了监测装置的制造成本，简化了安装工艺，为实现多参数同时在线监测，评估电机老化趋势和事故发生、维系电机安全运行提供有效的综合监测信息。
文档编号G01R31/34GK202330654SQ20112045138
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者林海波 申请人:哈尔滨瑞格大电机技术有限公司