[发明专利]基于光纤振动传感的轴承状态在线监测系统

说明书

本发明提供基于光纤振动传感的轴承状态在线监测系统及方法。激光产生装置用于向环行器发出脉冲激光，光扫描装置用于将来自环行器的脉冲激光时分地输入到多根振动传感光缆，多根振动传感光缆中的每根振动传感光缆均用于感测一个或多个轴承的振动，从多根振动传感光缆传输来的、带有轴承振动信息的散射光信号经光扫描装置和环行器输入到光电探测器，光电探测器将该散射光信号转换为电信号并将该电信号传输给信号采集及处理模块，信号采集及处理模块用于对该电信号进行处理，并由该电信号确定轴承的工作状态。多根振动传感光缆形成为并联关系。可以缩短每根振动传感光缆的长度，提高监测系统的灵敏度，降低监测系统的成本。

技术领域

本发明属于轴承状态在线监测技术领域，具体是一种基于光纤振动传感的智能轴承状态在线监测系统，该系统可以以低成本实现大量轴承的状态监测。

背景技术

基于温度传感的轴承状态在线监测系统可通过监测轴承工作温度变化来探测异常状况，因为当轴承故障时，其磨损急剧加快，工作温度也会相应升高。

得益于加速度计等振动传感器检测到的振动信号的幅频特性，基于振动传感的轴承状态在线监测系统不仅可以探测异常状况而且可以有效地判断失效类型。通过将从振动信号中提取到的特征向量同失效模式数据库比对可实现轴承故障类型的模式识别。

光纤传感技术提供了一种新的振动探测解决方案。在瑞利效应作用下，由于光纤内部原子或分子的空间分布随机性起伏，光纤中传输的激光会产生向后的散射光。当环境中存在振动时，振动会引起光纤产生应力应变，导致向后传输的散射光信号相应地发生变化。因此整根光纤既能传输激光又能作为振动传感器。光纤传感技术的这种优点使其非常适合同时监测多个轴承。

现有的基于温度传感的技术方案，每个轴承需要至少一个包含传感部分、电源部分和通信部分的温度传感单元，而且系统监测轴承的数量受电路信号处理能力的限制。所以如果要监测多个轴承的话就需要多套在线监测系统，成本很高且浪费资源。此外，基于温度传感的技术方案也不能判断具体失效类型。

现有的基于加速度计的振动传感技术方案，同样存在每个轴承至少需要一套振动传感单元和轴承监测数量受电路信号处理能力限制的问题。

虽然光纤振动传感技术可以以通过一根光纤监测多个轴承的方式解决基于温度传感和加速度计传感技术方案中资源浪费的问题，但是其成本依然很高。很容易理解的是，监测轴承的数量越多就意味着振动传感光纤越长。而因为瑞利散射光信号的强度同激光的功率正相关，所以长的振动传感光纤就需要大功率的激光。同时，激光在光纤传输过程中还会发生损耗。目前通过使用大功率的激光器和光功率放大器来提高探测距离的方案大大增加了系统成本。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明基于多数轴承失效的原因主要为疲劳失效，因此轴承状态监测系统对监测数据的更新速度要求不高这一认知而提供一种可以同时监测多个轴承的状态的低成本的基于光纤振动传感的轴承状态在线监测系统及方法。

本发明可以采用、但不限于下述方案。

一种基于光纤振动传感的轴承状态在线监测系统，该监测系统包括激光产生装置、环行器、光扫描装置、多根振动传感光缆、光电探测器和信号采集及处理模块，

所述激光产生装置用于发出脉冲激光，

由所述激光产生装置产生的脉冲激光通过所述环行器进入到所述光扫描装置，

所述光扫描装置用于将所述脉冲激光时分地输入到所述多根振动传感光缆，

所述多根振动传感光缆中的每根振动传感光缆均用于感测一个或多个轴承的振动，从所述多根振动传感光缆传输来的、带有轴承振动信息的散射光信号经由所述光扫描装置和所述环行器进入所述光电探测器，

所述光电探测器用于将所述散射光信号转换为电信号，并将该电信号传输给所述信号采集及处理模块，