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传感技术开始用于检测和优化风力发电风轮系统

导读: 最近一段时间,传感技术开始用于检测和优化风力发电风轮系统。作为发展最快的能源技术,风轮的尺寸越来越大。这些风轮通常体积巨大,又安装在比较遥远的地点。

  特种光纤不仅可以应用在通信和国防领域,现在基于特种光纤技术的光纤传感器正在监视环境,各种结构的应力检测等领域找到越来越多的应用。光纤传感器具有工作可靠,使用方便灵活,成本具有竞争优势的诸多优点。英国领先特种光纤制造商Fibercore公司的chrisEmslie博士在这篇文章中阐述了光纤传感器的新兴公司Insensys如何利用他们的产品发展出针对从船舶到石油管道的不同应用的光纤传感器。

      特种光纤通常用于光放大器,光纤陀螺以及水声设备中。然而光纤的轻便,灵活以及可靠的特性也使之在风轮,帆船的桅杆以及市政工程等中的传感器上找到应用场合。由于光纤免受电磁干扰,因此可以工作于可能产生热和电火花的危险环境中。利用塑料胶带在生产或者现场施工时轻易地塑造成各种形状。尽管光纤传感技术还没有引起世界的普遍重视,对于光纤传感代替传统电子测量的好处的认知却与日俱增。光纤压力和温度测量的领先公司已经开发出易于使用,可靠同时经济有效的传感器。

     为获得在各种场合同样表现优异的特种光纤,Intensys公司开始寻找世界领先的特种光纤制造商Fibercore公司的帮助。Fibercore在特种光线领域已经有着20年的经验,在为客户提供某些高品质的先进单模光纤领域享有盛誉。

     Intensys公司VPMarkVolanthen解释说:“我们的主要目的是提供能够工作在世界最远角落,能够忍受极端气候条件的可靠的传感器。这就是我们需要和拥有ISO9000品质认证,拥有严格的品质保证程序的供应商和作的理由。Fibercore正是这样的可以信任的公司。我们和他们讨论了我们传感器的详细需求,他们能够提供我们详细的信息,合适的光纤,从而让我们推出性价比超过电子传感器的产品。为实现在更远的距离部署传感器,或者实现更高的精确度,Fibercore建议我们采用光纤光栅技术(FBG)以及合适的掺杂以改变光纤的折射率和感光率。”

     通过紫外光照射光纤纤芯的方法可以制作FBG。紫外照射导致了玻璃折射率周期性地调制效应。这种周期性决定了光栅只反射特定波长的光,因此可以用来制作光线滤波器或者反射器。通过将光纤光栅和适当的可以导致周期变化的诱导机制配合,就可以监视包括应力,温度,震动和压力等在内的许多物理量。

     Fibercore通过和Insensys的合作可以提供具有独特数值孔径NA和模场直径MFD的光纤,可以在减少光纤损耗的同时保证足够的感光效应。由于不用传统高NA小MFD光纤需要的复杂高成本的可拆卸连接器,Insensys的产品更可靠,也更便宜。Fibercore公司在最初的产品设计阶段就开展和Insensys的合作,因此可以推荐最合适的光纤解决方案。这种合作通常在行业内是凤毛麟角的事情。

     有了Fibercore的支持,Insensys还可以对应用在多传感器系统中的特种光纤进行优化选型。类似石油管道一类的应用通常需要可以分布在很长距离内的多个传感器系统的使用。这通常可以利用传感器阵列的形式,将各个单个传感器的输出通过时分复用(TDM)的方式复合起来。

     TDM是一种多个数据流或者信号利用不同的时间隙来混合到一个信号通道中传输的技术。

  同波分复用WDM技术所采用的不同信号不同波长的机制不同,TDM利用同一波长支持所有的数据通道,因此不需要可调激光器等复杂昂贵的光器件。用此技术制作的传感器因此更便宜。
    Insensys的系统采用的就是TDM技术,这是唯一的允许100多个传感器部署在一条光纤上的应力传感系统,全程测量范围达到+/-6000微小应力指标,无需光开关或者多段光纤。与此相对比,WDM光传感系统的传感器个数由于受可用波长数的限制而受到限制。

     Insensys成功在2003年开发出光纤应力传感器和温度传感器,并取得了广泛应用。由于传感器可以利用塑料带塑造成不同形状,它们可以被粘贴在被监视物的表面,这一过程可以在制作前也可以在制作后。海上应用的传感器就通常采用这种表面贴装方法监视负载的变化。对于一些大型船舶,这种系统可以在早期给出过载告警。对于竞赛用的船舶,由于可以给出关于风速,风向,船舶状态的数据可以帮助运动员更有效地比赛。

     最近一段时间,传感技术开始用于检测和优化风力发电风轮系统。作为发展最快的能源技术,风轮的尺寸越来越大。这些风轮通常体积巨大,又安装在比较遥远的地点。监视工程师需要实时了解这些风轮的状态。传感器通常在风轮组装的时候很容易安装在风轮上。

     石油和天然气工业也处于成本和安全的考虑开始应用传感器。光纤传感器没有丝毫电路连接,不产生热量,只利用很少的光能,这些特点使光纤传感器成为危险环境下的理想选择。光纤传感器还可以用于关键生产设备的长期高可靠稳定的监视。这些传感器几乎不受水中的高压影响,可以用于深海设备的安装和监视。

     Insensys的传感器还广泛用于桥梁,公路,隧道,水坝等市政工程中。不仅用于监视应力和温度,他们还可以监视地基移位,疲劳和伤害。同时由于这些数据可以实时采集,还可以方便建筑物管理者的维护工作,降低定期检查等的成本。

     MarkVolanthen补充说:“成立2年来,Insensys的规模已经翻番,公司的产品已经应用到日本,美国,澳洲以及欧洲多个国家。所有这些成就的取得都同Fibercore公司的合作密不可分。Fibercore提供给我们的不仅是领先的光纤,也是他们的经验和知识。“

     当大多数人还将特种光纤的应用局限在通信和国防应用的时候,Fibercore就帮助Insensys找到了传感应用这个市场。今天,单模光纤不仅用于石油和天然气工业领域,还在帮助我们实现可再生能源的梦想。尽管Fibercore和Insensys这样的合作在业界很少见,但是合作不仅对双方有利,对最终消费者也非常有利。Insensys的传感器因为可靠,使用方便同时适应各种现有结构而广受赞誉。最重要的这是一种替代传统技术的经济的解决方案。

 

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