CN107061251B - 一种用于往复式压缩机的光纤传感***及其多参量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤传感监测与诊断应用技术领域，具体指一种用于往复式压缩机的光纤传感***及其多参量监测方法；包括计算机、光源模块、光环型器、信号解调单元、分路器和传感模块，所述分路器通过光纤分别与光源模块、传感模块和信号解调单元连接，信号解调单元通过数据线与计算机连接；所述传感模块包括光纤F‑P加速度传感器、FBG位移传感器、光学键相传感器和FBG温度传感器；本发明结构合理，光纤传感器具有体积小巧、抗电磁干扰能力强、频率响应范围大、精度高等优势；监测***采用多点分布式多参量测量的方式，通过获得关键部位上相应参量的实时变化量，故障专家诊断与报警***分析和诊断故障源和故障类型，进行有效的故障类型信息预警提示。

Description

一种用于往复式压缩机的光纤传感***及其多参量监测方法

技术领域

本发明涉及光纤传感监测与诊断应用技术领域，具体指一种用于往复式压缩机的光纤传感***，同时公开了一种用于往复式压缩机的多参量监测方法。

背景技术

往复式压缩机是现代石油化工工业中广泛使用的一种增压设备，由于其结构复杂且运行过程中激振源多，生产过程中故障种类较多，且故障发生频率较高。因此，需要对往复式压缩机的运行状况进行实时的多参量监测，并分析和诊断往复式压缩机的常见故障类型。目前对于往复式压缩机的在线监测多是采用电类传感器，如压电式传感器、电涡流传感器、热电阻或热电偶传感器，而化工工业对于现场用电的使用有着苛刻的要求，并且该类传感器存在温度稳定性差和信号无法进行长距离传输等诸多问题。因此，现有技术有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、对往复式压缩机的关键部位进行实时监测，并分析和诊断常见故障类型，实现有效预警的用于往复式压缩机的光纤传感***。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种用于往复式压缩机的光纤传感***,包括计算机、光源模块、光环型器、信号解调单元、分路器和传感模块，所述分路器通过光纤分别与光源模块、传感模块和信号解调单元连接，信号解调单元通过数据线与计算机连接；所述传感模块包括光纤F-P加速度传感器、FBG位移传感器、光学键相传感器和FBG温度传感器。

根据以上方案，所述光纤F-P加速度传感器安装在压缩机的曲轴箱上。

根据以上方案，所述FBG位移传感器成对设置且分别安装在气缸的活塞杆X、Y两个方向上。

根据以上方案，所述光学键相传感器设于曲轴上方且曲轴上设有与其相对的凸点键。

根据以上方案，所述FBG温度传感器安装在十字头轴瓦上。

一种用于往复式压缩机的监测方法，所述计算机1上安装有故障专家诊断与报警***，

a、计算机通过信号解调单元提取光纤F-P加速度传感器、FBG位移传感器、光学键相传感器和FBG温度传感器上各参量的特征参数，故障专家诊断与报警***根据特征参数识别判定故障类型和故障源，并通过计算机人机交互装置显示实时监测参量值、故障检测结果和运行监测警示信息。

b、计算机从光纤F-P加速度传感器提取振动频率和振动幅度两个特征参数输入线性的模式分类器中，故障专家诊断与报警***根据模式分类器的输出值识别和判定故障类型，并将振动参量、故障检测结果和异常振动的警示信息显示在计算机的人机交互装置上。

c、计算机从X、Y两个运动方向上的FBG位移传感器提取活塞杆轴心位移的特征参数Ymax、Ymin、Yabs和Xmax、Xmin、Xabs，故障专家诊断与报警***根据活塞杆轴心位移的特征参数判定其是否发生偏摆和沉降，并将轴心位移的参量值、故障检测结果和运行监测警示信息显示在计算机的人机交互装置上。

d、计算机从光学键相传感器提取反射的冲激信号，故障专家诊断与报警***根据光学键相传感器与凸点键触发间隔计算曲轴的转速，并以该转速作为故障判定依据，将曲轴转速值、故障检测结果和异常转速的警示信息显示在计算机的人机交互装置上。

f、计算机从微型FBG温度传感器提取十字头轴瓦的工作温度，在该工作温度突然升高或超过预警值时，将检测到的温度值显示在计算机的人机交互装置上并发出警示提示信息。

本发明有益效果为：本发明结构合理，光纤传感器具有体积小巧、本征安全、抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、频率响应范围大、精度高等优势；监测***采用多点分布式多参量测量的方式，可以通过获得不同关键部位上相应参量的实时变化量，故障专家诊断与报警***可以分析和诊断往复式压缩机的故障源和故障类型，进行有效的故障类型信息预警提示。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：

1、计算机；2、光源模块；3、光环型器；4、信号解调单元；5、分路器；6、光纤F-P加速度传感器；7、FBG位移传感器；8、光学键相传感器；9、FBG温度传感器；10、曲轴箱；11、曲轴；12、凸点键；13、活塞杆；14、十字头轴瓦。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于往复式压缩机的光纤传感***,包括计算机1、光源模块2、光环型器3、信号解调单元4、分路器5和传感模块，所述分路器5通过光纤分别与光源模块2、传感模块和信号解调单元4连接，信号解调单元4通过数据线与计算机1连接；所述传感模块包括光纤F-P加速度传感器6、FBG位移传感器7、光学键相传感器8和FBG温度传感器9。

所述光纤F-P加速度传感器6安装在压缩机的曲轴箱10上，用于检测往复压缩机曲轴箱振动、十字头及机架的振动；光纤F-P加速度传感器6与刚性的曲轴箱10固定连接，使光纤F-P加速度传感器6随曲轴箱10振动时不会发生偏移、倾斜或脱离等情况，以保证检测结果的准确性。正常运行情况下，曲轴箱10内的曲轴11连接两个十字头作匀速的简谐运动，通过光纤F-P加速度传感器6反映的曲轴箱10振动频率和振动幅度两个特征参量来观测曲轴箱10、十字头及机架振动。当检测到异常的振动频率和振动幅度的特征参量时，计算机1***利用线性模式分类器来对故障源和故障类型进行判定识别。

所述FBG位移传感器7成对设置且分别安装在气缸的活塞杆13X、Y两个方向上；所述FBG位移传感器7的支架用压盖螺纹固定在填料函外侧，FBG位移传感器7与支架之间采用螺纹连；根据X,Y两个方向上的FBG位移传感器7检测到的活塞杆13轴心位移轨迹可以提取出活塞杆13运动状态6个特征参量(Ymax、Ymin、Yabs和Xmax、Xmin、Xabs)；X方向上Xmax、Xmin、Xabs特征参量的值可用于判断活塞杆13是否发生偏摆，Y方向上Ymax、Ymin、Yabs特征参量的值可用于判断活塞杆13是否发生沉降。

所述光学键相传感器8设于曲轴11上方且曲轴11上设有与其相对的凸点键12；光学键相传感器8正对曲轴11轴心，键相触发时光学键相传感器8探头应正对曲轴11上的凸点键12。曲轴11旋转过程中，每次到达键相触发点，对应光学键相传感器8接收的反射光信号在时域上是一个向上的脉冲信号。通过检测两次脉冲之间的时间间隔可以计算出曲轴11转速，从而实现监测曲轴转速。

所述FBG温度传感器9安装在十字头轴瓦14上，FBG温度传感器9采用直径仅为0.3～0.5mm的毛细金属管封装，机械强度高，还须作去应力处理。FBG温度传感器9安装在十字头轴瓦14和十字头间的沟槽处，安装时采用固化胶或者焊锡的方式固定FBG温度传感器9。

所述计算机1、光源模块2、光环型器3、信号解调单元4、分路器5均设置在远端防爆区内，实现传感器信号探测和信号解调分离，使达到***本征防爆的目的。

一种用于往复式压缩机的多参量监测方法，所述计算机1上安装有故障专家诊断与报警***，

a、计算机1通过信号解调单元4提取光纤F-P加速度传感器6、FBG位移传感器7、光学键相传感器8和FBG温度传感器9上各参量的特征参数，故障专家诊断与报警***根据特征参数识别判定故障类型和故障源，并通过计算机1人机交互装置显示实时监测参量值、故障检测结果和运行监测警示信息。

b、计算机1从光纤F-P加速度传感器6提取振动频率和振动幅度两个特征参数输入线性的模式分类器中，故障专家诊断与报警***根据模式分类器的输出值识别和判定故障类型，并将振动参量、故障检测结果和异常振动的警示信息显示在计算机1的人机交互装置上。

c、计算机1从X、Y两个运动方向上的FBG位移传感器7提取活塞杆13轴心位移的特征参数Ymax、Ymin、Yabs和Xmax、Xmin、Xabs，故障专家诊断与报警***根据活塞杆13轴心位移的特征参数判定其是否发生偏摆和沉降，并将轴心位移的参量值、故障检测结果和运行监测警示信息显示在计算机1的人机交互装置上。

d、计算机1从光学键相传感器8提取反射的冲激信号，故障专家诊断与报警***根据光学键相传感器8与凸点键12触发间隔计算曲轴16的转速，并以该转速作为故障判定依据，将曲轴转速值、故障检测结果和异常转速的警示信息显示在计算机1的人机交互装置上。

f、计算机1从微型FBG温度传感器9提取十字头轴瓦14的工作温度，在该工作温度突然升高或超过预警值时，将检测到的温度值显示在计算机1的人机交互装置上并发出警示提示信息。

所述故障专家诊断与报警***同时利用光纤F-P加速度传感器监测曲轴箱振动，光纤FBG位移传感器监测活塞杆轴心位置，光学键相传感器监测曲轴转速和位置，FBG温度传感器监测十字头轴瓦温度。故障专家诊断与报警***将从光纤F-P加速度传感器中提取的振动频率和振动幅度特征参量作为线性的模式分类器的输入，根据线性的模式分类器的输出可识别和判定故障类型和故障源。故障专家诊断与报警***根据X,Y两个方向上的FBG位移传感器提取的活塞杆轴心位移的6个特征参量，来判定活塞杆在X方向上是否发生偏摆，在Y向上是否发生沉降。故障专家诊断与报警***根据光纤键相传感器返回的反射光冲击信号来判定曲轴是否到达键相触发点，根据2个相邻的脉冲信号间的时间间隔来计算曲轴转速，***将曲轴转速作为故障判断依据。故障专家诊断与报警***将FBG温度传感器探测到的十字头轴瓦的温度值作为判断依据，当十字头轴瓦的温度值在运行过程中陡然上升和超过温度预警值时，表示十字头轴瓦发生异常摩擦，需停机检查。往复式压缩机运行正常时，故障专家诊断与报警***会显示各传感器监测的各位置的运行参数值；往复式压缩机运行异常时，故障专家诊断与报警***会显示故障类型的警示提示信息。

本发明的优势在于，光纤传感器具有体积小巧、本征安全、抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、频率响应范围大、精度高等优势；监测***采用多点分布式多参量测量的方式，可以通过获得不同关键部位上相应参量的实时变化量，故障专家诊断与报警***可以分析和诊断往复式压缩机的故障源和故障类型，进行有效的故障类型信息预警提示。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种用于往复式压缩机的光纤传感***,包括计算机（1）、光源模块（2）、光环型器（3）、信号解调单元（4）、分路器（5）和传感模块，其特征在于：所述分路器（5）通过光纤分别与光源模块（2）、传感模块和信号解调单元（4）连接，信号解调单元（4）通过数据线与计算机（1）连接；所述传感模块包括光纤F-P加速度传感器（6）、FBG位移传感器（7）、光学键相传感器（8）和FBG温度传感器（9）；所述计算机（1）上安装有故障专家诊断与报警***，所述光纤传感***的多参量监测方法包括以下步骤：

a、计算机（1）通过信号解调单元（4）提取光纤F-P加速度传感器（6）、FBG位移传感器（7）、光学键相传感器（8）和FBG温度传感器（9）上各参量的特征参数，故障专家诊断与报警***根据特征参数识别判定故障类型和故障源，并通过计算机（1）人机交互装置显示实时监测参量值、故障检测结果和运行监测警示信息；

b、计算机（1）从光纤F-P加速度传感器（6）提取振动频率和振动幅度两个特征参数输入线性的模式分类器中，故障专家诊断与报警***根据模式分类器的输出值识别和判定故障类型，并将振动参量、故障检测结果和异常振动的警示信息显示在计算机（1）的人机交互装置上；

c、计算机（1）从X、Y两个运动方向上的FBG位移传感器（7）提取活塞杆（13）轴心位移的特征参数，故障专家诊断与报警***根据活塞杆（13）轴心位移的特征参数判定其是否发生偏摆和沉降，并将轴心位移的参量值、故障检测结果和运行监测警示信息显示在计算机（1）的人机交互装置上；

d、计算机（1）从光学键相传感器（8）提取反射的冲激信号，故障专家诊断与报警***根据光学键相传感器（8）与凸点键（12）触发间隔计算曲轴（16）的转速，并以该转速作为故障判定依据，将曲轴转速值、故障检测结果和异常转速的警示信息显示在计算机（1）的人机交互装置上；

f、计算机（1）从FBG温度传感器（9）提取十字头轴瓦（14）的工作温度，在该工作温度突然升高或超过预警值时，将检测到的温度值显示在计算机（1）的人机交互装置上并发出警示提示信息。

2.根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的光纤传感***，其特征在于：所述光纤F-P加速度传感器（6）安装在压缩机的曲轴箱（10）上。

3.根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的光纤传感***，其特征在于：所述FBG位移传感器（7）成对设置且分别安装在气缸的活塞杆（13）X、Y两个方向上。

4.根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的光纤传感***，其特征在于：所述光学键相传感器（8）设于曲轴（11）上方且曲轴（11）上设有与其相对的凸点键（12）。

5.根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的光纤传感***，其特征在于：所述FBG温度传感器（9）安装在十字头轴瓦（14）上。

6.根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的光纤传感***，其特征在于：所述活塞杆（13）轴心位移的特征参数包括Ymax、Ymin、Yabs、Xmax、Xmin和Xabs。