发电机转子温度的光电测量

核心提示：　　武汉大学学报工学版发电机转子温度的光电测量岳优兰焦作大学，河南焦作454001主商要根据砷化镓半导体的光吸收特性。设计了种新型的发电转子温度测量系统。利用模拟装置，在实时动态。非接触的情况下。实现

　　武汉大学学报工学版发电机转子温度的光电测量岳优兰焦作大学，河南焦作454001主商要根据砷化镓半导体的光吸收特性。设计了种新型的发电转子温度测量系统。利用模拟装置，在实时动态。非接触的情况下。实现了发电机转子温度检测。取得了圆满的实验效果。

　　保证电厂发电机组安全经济运行和防止其遭受严重破坏，对电力系统的稳定运行及为用户不间断供电起着决定性的作用。大型汽轮发电机转子面温升，对发电机转子端部和它们的接触处产生的附加发热特别严重，成为影响发电机安全运行的重要因素之。传统的监测发电机转子温度的方法13有碳刷滑环接触测量无线电电子测量和红外测温等。这些方法各有优缺点，但都很难做到多点同时监测，抗干扰能力较差。目前，监测大型发电机转子温度的直接测试手段尚在研宄之中，国外曾报道过利用荧光体的光学特性测啁发电机转子的温度的研究报告3，该方法的困难之处适难以找到合适的荧光物质。我们设计了种新型的传感结构，采用这种新型的测温方案，具有结构简单安装方便非接触测温测量精度高等优点，在摄氏70150内，模拟测量温差在2，以内23.

　　1光电测温的原理与装置1.1砷化镓晶体中的光吸收半导体中，当个电子被光子激发时，引起两种基本类型的跃迁，即直接跃撄和间接跃迁，半导体晶体的禁带宽度在晶体中的光吸收过程直接相关而禁带宽度是与温度有关的单调函数品体温度上升引起禁带宽度减小，晶体中的光吸收过程加强，使得晶体跃光率下降，据此可进行温度检测。砷化镓晶体的电子跃撄率高，禁带宽度大，具有直接跃迁型的能，机构，是制作半导体温敏元件，想的材料。实际试验使用的温敏元件为本征砷化镓薄尸。

　　研宄面，在砷化镓晶体厚度达到定值时，又寸于波长小于禁带波长的光波，随着入射光子波长长大于禁带波长的光波，几乎没有吸收。研究明，以下几个公式成立其中户心入射光源功率谱分布，光源光谱的下限波长和上限波长；7了与温度了对应的光能透过率；温度7时的砷化铉品体禁带宽度讨应的访带波长。

　　光源得到的实验曲线。中的横坐标温度，纵坐标衣小光源探测器输出的电信，他晶体光透过率的变化引起探测器电信号输出的变化。由于白忙源的光谱功。卞分佰比较均匀，姻骀线接近光波长1.3测温系统的结构设计与分析理想的测温方法应满足面的条件⑴实际信号与参考信号应使用同光源。⑵实际光信号与参考光信号为同光电探测器接受，经同屯路放大处理。有如此。才能直线，这和理论公式2致。半导体发光极管0的实验结果为1曲线，和它的光告功率分布有关。如果对其曲线作微分，所得到微分曲线和1上1的光谱功率分布线形状很接近，进步验证了理论公式的正确性。

　　1.2关于砷化镓半导体光吸收特性的两种基本测辐度检测方法。其原理3，假定所用光源光谱集中在附近，当温度上升时，由于透射率减小，探测器接受到的光功率降低，输出电信兮幅度减小过校准以后可根，探测器输信号幅度的大小来确定待测温度的高低，在这种测量方法中，主要应消除光源波动的影响。

　　边带波长检测法。这种测温方法的基本原理4，对于定厚度的砷化镓半导体，在某温度值刚近的带隙能1私7及小；其付应的波长用心乃，光波长位于心附近时，其透过率对温度货化敏感。对时，透入品体中的光波儿乎乍部波晶体吸收，而对人入5乃边带波长的殳化。就可以准确地获得待测温度值。这种方法所毋解决的主要问圮环境光的扰。另方面，当光探测器与光源位于1侧时。这种方法受到限1在发电机转子温度测量方案中，我们从结构简单经济性实用性的要求出发选择了幅度检测方法服尤源波动光路货化等多种因素的扰。7观反映真实的温度信号。在我们实际的汽轮发电机转子度动态检测的要求和特点，巧妙地解决了上述问2透过率7与温度关系曲线10探测器2实现汽轮发电机转子农面温度动态在线检测测点位置。解决这问的便捷方法逛引入标志信号，既能解决测点定位。，能消除光源波动光路变化等干扰因素。同时，利用半导体温敏元件和标志元件本身的特征参量，还可以解决温度测量中的定标问。温敏元件和标志元件的结构分别67.

　　i，2反射金膜6足半导体温敏儿件的纪构。在柱形的玻璃基体上贴广砷化镓晶以厚度在⑴㈧晶体血抛光，在砷化饽晶体与玻璃基体的界面处镀了反射金胶。使得透入砷化镓晶体中的光波部分沿原路线反射，九用人射光用禾，晶体面反射光用2.3+2与2的比值仅与半导体温敏元件木身的特征参量如血发射率金膜反射率及晶体透过率7义。除了透过率与温度存关以外。其他参景都圮定不变。

　　设与3+27寸应的电信号值用，不，与2对应的信号值用队。它们的比值仅与晶体温度有关。测量认与，的比值，并通过定标，就能推出晶体处的温度。

　　比苻如特点①没有反射金膜②砷化镓品体的厚度大于这样，透入晶体的光波可以完全被晶体吸收。光源探测器接受到的只是面反射光倍号2，不含温度信号，即为标志信号ij n，砷化镓晶体半导体温敏元件反射回的光信号引起的电信号伙和由标识元件返回的与温度无关的光信号引起的电信号7，通过微机及相应的软件对其处理运算查，可以获得相应测点温度。

　　传递系数；你探测器响应，在所用光源光谱范围内认为是常数；0，入射到晶体面的光通然仪器件本身的特征参量以入及温度了有关。因而，据此进行温度定标和测量是1.4检测电路如果在汽轮发电机转子及面圆周埋设有个半导体温敏元件和个标志元休那么由光电探测器获得模拟电信号波形8中点波形汽轮发电机转子高速旋转。其中脉冲探测器3的温度信号，脉冲工标志信号。

　　显然，为了能正确获得各测点电信号与标志信号之间的比值关系，必须能保持和测量各测点电信号和标志倍1的峰值。采集模拟电路的输出波形如另方面，模拟电路本身应具有能提供启动8，8单片机人0转换器的逻辑倍号。以及防止误峰侦保持阈值电平调节功能，信号采集梭拟电路功能块的方框9.

　　完整的波形和时序逻辑8.儿5，分别9中相应点的波形。

　　2实验研究为了研宄测温系统的性能，本文设计了模拟装置。用来模拟发屯机转子及状况及转动规。在模拟装置上对测温系统性能进行了测试实验是针对个探测点进行的。

　　2.1动态升降温过程系统测温实验利用加热装置对晶体进升温和降温。模拟发电机转子的升温和降温过程。测温系统实时测量晶体面温度，同时记录常规温度仪器显的温度值。实际的两组升降温曲线中纵坐标系统测量值，横坐标温度仪指值，中，升温过程的测量曲线，6降温过程的测量曲线，两组测量数据是在相同条件下进行的。

　　光电棚器放大器采扦定持控制器比较器闱分电路比较器1与非门采样塍售舰以集成单稳触发器温度仪的指误差在4以内，在140，其误差为2；且随着温度升高，测温系统测温值与温度仪指值趋于致。引起这现象的原因是红外发光极管发光光谱中心波长对应温度值偏向高以侧。

　　2.2系统测温重复实验测温系统的重复件坫体现系统性能的个重要方面，为此，我们在不同时间作了组升温实验，所得测温曲线分别用实验明，在高温区，条曲线的重复性很好，而在，度仪指值C影响重复性的因素较多，主要有以下几个因素必机内温度上升，使发射极管发光光谱发生温度漂移，中心波长向长波方向移动，振动噪声的影响③温敏元器件的砷化镓晶体与模拟转子接触不好而形成温差；存在定标误差，测量系统的传感器具有非线性，在低温段灵敏度较低，即温度仪桁值r信噪比较低。所以在70，以下的重复性稍有差异。

　　2.3测温系统响应性能测试测温系统的实际响应速度很快，包括显延时时间在内，组温度数据的测量只需要48左右，圮真正的实，测量系统。为进1步考察测温系统温，并对此过程进行了温度测试。加热器电压变化过程，即实际测温结果13，曲线为温度仪器指曲线，曲线5为测温系统测量曲线，该曲线所反映的动态过程包括了整个探测头的热惯！。

　　曲线，和曲线5在降温阶段有较大差异，主要原因是迅速降温过程中测温传感头与模拟转子之间存在接触温差所引起。因此，这告诉我们在实际测量中，应尽量使温敏元件与发电机转子测点紧密接觚吖利于提沿则温系统的响应速设。

　　加热电压变化过枵意系统具有如下特性1系统结构简卷安装较方便，可实时非接触结论8陈，刘先斌。随机有限元法及其工程应用赳成都西南交通大学出版社，1993.

　　Iiq张文正，刘令瑶，陈祖煜，等。铁山土坝应力变形的数值和观测分析中国土木工程学会第届土力学及基础工程学术会议论文集北京中国建筑工上接第63页系统具有良好的稳定性重复性抗干扰性及响应特性。

　　与传统的测温方法相比，可完成多点监测，适当改进后，可对转子温度进行循回检测。

　　l黄荣华。汽轮发电机转子测温方法的探讨以。大电机2陈遵荣，黄耀群，王斌。同步电机转子的无触点测温。东方电机，199524751.