基于原位布拉格光柵傳感技術(shù)的電機熱監(jiān)控

姚靖維

（華中科技大學(xué)，武漢 430074）

0 引言

近年來，布拉格光柵（fibre Bragg grating，F(xiàn)BG）光纖傳感技術(shù)已逐漸成熟，其具有強大的魯棒性、靈活性和耐用性，尺寸極小且抗電磁干擾，在感應(yīng)電機熱監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域中潛力巨大[1]。隨著成本的降低，F(xiàn)BG傳感器的價格逐漸逼近了TC傳感器與RTD傳感器。雖然FBG傳感器配套的光信號讀寫器價格較高，但由于其對電力設(shè)備的熱監(jiān)控可以提升多項性能，且可以大幅度縮小溫控系統(tǒng)的尺寸與運行成本，具有繼續(xù)開發(fā)應(yīng)用的價值[2-3]。在航空航天領(lǐng)域與風(fēng)電領(lǐng)域，F(xiàn)BG傳感器已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且提升了相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的效率[4-5]。本文介紹的FBG傳感器電機原位測量方案可以解決傳統(tǒng)溫度測量方案的不足，且具備電機原位溫度測量的能力，讓熱監(jiān)控系統(tǒng)可以測量電機內(nèi)部最熱部位的溫度，F(xiàn)BG傳感器通過接受讀取來自溫度探頭的反射光信號來測量感應(yīng)電機溫度，該光纖中的反射光波波長隨溫度變化，由此實現(xiàn)對溫度的測量工作。

光學(xué)相關(guān)的測量方法使FBG傳感器不受電磁干擾的影響，并且可以通過深入電機繞組的溫度測量來提高測溫結(jié)果可信度[6]；另一方面，嵌入定子線圈繞組內(nèi)部的光纖可提供實時感應(yīng)電機溫度測量，與傳統(tǒng)固定測溫方式相比，使用光纖傳感器直接在插槽部分熱點位置放置傳感器進行熱監(jiān)控可大大提高電機故障的檢測效率。熱點指的是繞組內(nèi)溫度最高的點，很難通過常規(guī)溫度測量方法直接測量[7]。FBG傳感器的使用解決了測量感應(yīng)電機熱點溫度的難題，因此FBG測量是監(jiān)控和保護運行中感應(yīng)電機的極佳選擇。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

FBG光纖傳感電機熱監(jiān)控系統(tǒng)主要包括感應(yīng)電機和FBG光纖傳感器。

1.1 感應(yīng)電機

使用的感應(yīng)電機數(shù)據(jù)見表1。該電機是一個全封閉扇冷式（TEFC）感應(yīng)電動機?；谠撾姍C參數(shù)，介紹感應(yīng)電機的標準、工作原理和控制方法。

表1 試驗TEFC電機參數(shù)

試驗所用感應(yīng)電動機的制造遵循IEC 60034-1標準規(guī)定的額定參數(shù)和性能標準。該電機的絕緣等級為F，溫升等級為B，由此，該感應(yīng)電機的最高工作溫度為125 ℃[8]。感應(yīng)電機的軸承連接到一個永磁直流負載電機的軸承，在感應(yīng)和負載電機上安放傳感器、電流表和電壓表等測量儀器進行輸入功率和輸出功率的測量。

使用Parker 890交流變頻器驅(qū)動試驗電機，通過DSE Lite配置工具軟件編程實現(xiàn)所需控制邏輯。該試驗中電機速度控制方法使用恒壓頻比（V/F）控制，驅(qū)動器輸入試驗電機的電壓和頻率成正比例相關(guān)，因此Parker 890驅(qū)動器可以通過更改其頻率設(shè)置的方式來控制電動機速度。感應(yīng)電機的溫升變化主要源于電機轉(zhuǎn)速的增加和銅耗的增加，在V/F控制下，電機熱特性與其轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。

感應(yīng)電動機的速度控制采用頻率控制，電機速度方程式為：

當感應(yīng)電機轉(zhuǎn)差率s變化不明顯時，可將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與頻率f設(shè)置成正比關(guān)系。由此，可以通過更改電機電源頻率來改變感應(yīng)電動機的速度。當感應(yīng)電機主磁通量大于其正常值時，磁過飽和會導(dǎo)致勵磁電流增加，并降低功率因數(shù)；當主磁通量小于其正常值時，轉(zhuǎn)矩減小。因此，在使用頻率控制時，電機的主磁通需保持不變。保持輸入電壓和頻率之比恒定，V/F控制方法保證了電機電流的恒定，可實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩的速度控制。

由于沒有詳細的相角控制或功率因數(shù)控制要求，V/F控制足以滿足試驗需求。由于V/F的恒轉(zhuǎn)矩控制特性，在速度控制期間保持恒定負載，足以達到速度變化試驗中控制變量的需求。設(shè)定的變量為感應(yīng)電機電壓、電流、速度和頻率，其他參數(shù)被視為恒定值。

1.2 布拉格光柵光纖傳感器

FBG傳感器是一種特殊的光纖，通過在光纖內(nèi)部一小段中使用強紫外光照射構(gòu)造了具有固定折射率的分布式布拉格光柵，使其能夠滿足布拉格條件，從而反射特定波長的光并透射所有其他波長。反射光的波長可以根據(jù)制造者對于光纖環(huán)境溫度和/或傳感器的受力情況的測量需求進行線性設(shè)計，這使得FBG光纖傳感器和光信號讀寫器（釋放光信號并接受測量反射光）結(jié)合在一起成為測量溫度或者壓力問題的合適解決方案。FBG傳感器原理如圖1所示。

圖1 FB G光纖傳感器原理圖[9]

如圖1所示：當含有一定范圍帶寬的入射光通過光纖時，中心布拉格波長為λB的1束窄帶光無法通過光纖布拉格光柵段并被反射。

FBG傳感器反射光的中心波長被稱作布拉格波長，可通過式（2）進行[10]：

式中：Λ為光柵周期（連續(xù)光柵之間的間距）；neff為有效光纖纖芯折射率。neff通過計算光纖內(nèi)部傳播的光速與真空中光速的比值量化光纖內(nèi)部傳播的光速，該值取決于波長和光傳播模型。

當光纖環(huán)境溫度和受力情況變化時，Λ和neff的值都會受到影響。因此，當應(yīng)力和或溫度變化時，反射布拉格波長的變量計算[11]如下：

式中：ε為FBG光纖所受應(yīng)力；T為光纖溫度。

光柵周期以光波長為單位進行測量，該距離的任何變化都將導(dǎo)致布拉格波長的變化。等式的第一部分和第二部分分別表示光纖應(yīng)力變化和溫度變化對布拉格波長偏移的影響。

僅考慮FBG光纖熱效應(yīng)的情況下，由于光熱效應(yīng)和熱膨脹效應(yīng)，當溫度升高時，布拉格波長增加。不同材料的熱膨脹和收縮特性不同，本文選用了具有較高熱敏性和較小楊氏模量的光纖材料，適合對感應(yīng)電機繞組進行熱監(jiān)測?？紤]到光纖本身的熱特性[12]，反射光的波長變化為

式中：α為纖維熱膨脹效應(yīng)系數(shù)；ξ為纖維光熱效應(yīng)系數(shù)。

對于本文使用的FBG傳感器，α≈0.55×10-6，ξ≈6.67×10-6，F(xiàn)BG光纖傳感頭暴露在環(huán)境溫度下的標準布拉格波長為1 550 nm。該光纖的熱敏度為11.2 pm/℃，其反射波長與溫度呈正相關(guān)。

光纖封裝是通過使用聚醚醚酮（PEEK）毛細管實現(xiàn)的。PEEK是一種半結(jié)晶熱塑性塑料，具有出色的機械耐性和化學(xué)耐性，可以在高溫下穩(wěn)定維持其物理特性。通過使用PEEK來包裹FBG傳感頭，實現(xiàn)對光纖的保護，并將傳感器安全傳遞到線圈繞組的中心位置。PEEK將在143℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ?，并?43℃左右熔化。該材料的工作溫度最高可以達250℃[13]，遠高出電機F級絕緣溫度標準，因此可以被用于感應(yīng)電機的監(jiān)視試驗。圖2顯示了FBG傳感探頭的整體保護設(shè)計。FBG傳感探頭被包裹在PEEK毛細管內(nèi)，PEEK毛細管在對試驗電機進行繞線時，放置在感應(yīng)電機線圈繞組中心位置。在感應(yīng)電機外部，1節(jié)可收縮細管和1節(jié)特氟龍細管被一一連接，以保護光纖整體的完整性，并通過光纖連接器將光信號發(fā)送到FBG讀寫器。

圖2 FBG 光纖傳感器探針設(shè)計

為了與插槽長度相匹配，整個探頭的總長度為1.5 m，1個5 mm FBG光柵部分“刻”在了聚酰亞胺涂層的光纖中。該FBG光柵探頭的反射帶寬約為0.374 nm，反射率約為88%[14]。將包含探測功能的部分用PEEK材料包裝，使其尺寸接近感應(yīng)電機繞組銅導(dǎo)體0.56 mm直徑的尺寸，并選擇外徑為0.8 mm的PEEK毛細管用于試驗。因此，PEEK毛細管在電機上的安裝更容易，并且使得傳感器封裝在定子繞組結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱傳感效率更高，最小化測量誤差[15-16]。PEEK材料的導(dǎo)熱系數(shù)不高，為保證測量精度、改善PEEK毛細管導(dǎo)熱特性并降低其熱阻，須選擇相對較薄的PEEK毛細管包裝FBG光纖。PEEK毛細管包層的厚度選擇為0.1 mm，保證FBG傳感器對溫度變化的快速熱響應(yīng)[16]。

2 試驗測試臺設(shè)計

2.1 FBG傳感器位置的確定

構(gòu)建用于感應(yīng)電機的FBG熱監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)測量和監(jiān)控感應(yīng)電機三相繞組的熱狀態(tài)。在電機的定子繞組內(nèi)部安裝3個FBG光纖傳感器，分別對應(yīng)3個不同相位的熱監(jiān)測。圖3展示了FBG位置的選擇方式。在每個FBG傳感器放置位置之間間隔7個插槽，將感應(yīng)電機進行幾何上的3等分，使感應(yīng)電機的熱分布得到平衡，電機內(nèi)的熱監(jiān)測也可減小誤差。

圖3 安置傳感器的電機三相插槽示意圖

FBG傳感器位置的確定需要考慮電機內(nèi)的2個方向坐標[14]，即需要確定傳感器的軸向和徑向位置。對于FBG傳感器的徑向位置，基于熱力學(xué)分布理論，此類均質(zhì)物體的熱點位于其橫截面幾何中心點，因此，F(xiàn)BG光纖應(yīng)放在縫隙截面的中心，如圖4所示。應(yīng)選擇合適尺寸的PEEK毛細管，使其容易放置在纏繞的導(dǎo)體中間，從而被安置在插槽中央。對于軸向感應(yīng)位置，感應(yīng)電機在理論上沒有特定的熱點位置。本溫度測量方案的計劃是使FBG傳感器能夠在任何位置測量感應(yīng)電機熱狀況。為此，試驗選擇內(nèi)徑為0.6 mm的PEEK毛細管[14]，從而使直徑以微米計的FBG光纖可以很靈活方便在PEEK包裝內(nèi)移動。由于PEEK毛細管的長度設(shè)計與被檢查機器的軸向長度相近，F(xiàn)BG傳感探頭可在PEEK管內(nèi)移動到感應(yīng)電機在槽截面空間中的任何軸向位置，從而能夠測量任何位置的溫度。為了獲取代表性數(shù)據(jù)，在本次熱監(jiān)控試驗中，將三相定子繞組處的FBG傳感探頭置于電機鐵芯軸向長度的中心位置。

圖4 傳感器在單個插槽中的安裝位置

2.2 試驗測試臺設(shè)計

圖5[17]展示了用于校準測試的試驗臺設(shè)計，圖6展示了FBG熱監(jiān)控測試的試驗臺設(shè)計[17-18]。

對于校準測試，選擇使用熱室為傳感器提供穩(wěn)定且可控的熱環(huán)境，以確保校準測試中傳感器在設(shè)計溫度下記錄正確的波長。熱室中設(shè)定的參考溫度通過使用室內(nèi)溫度計測量進行雙重檢查；此外，在校準過程中，將在熱室內(nèi)FBG傳感器頭附近放置K型熱電偶（TC）傳感器，進一步確保熱室溫度調(diào)節(jié)與校準數(shù)據(jù)的精度。設(shè)定的熱室溫度將被錄入電腦，并匹配對應(yīng)的FBG傳感器反射光波長。本文使用了3個FBG傳感器，通過對其進行同步測試，將校準誤差最小化。

圖5 校準測試試驗臺示意圖

圖6 FBG熱監(jiān)控試驗測試臺示意圖

校準測試設(shè)計在20～160℃溫度范圍內(nèi)完成，以符合試驗感應(yīng)電機F級絕緣溫度的標準。熱室溫度將以20℃的間隔逐級提升，并且在每一級溫度校準中保持足夠的測試時間，以確保熱室內(nèi)部達到熱平衡。由此，可記錄FBG傳感器在每個熱平衡狀態(tài)下的布拉格波長和設(shè)置的腔室溫度，并繪制所得校準數(shù)據(jù)計算出的3個傳感器的溫度-波長擬合曲線。

本文設(shè)計了2個熱監(jiān)控測試：

1）其中1項測試將在保持標稱額定負載運行的情況下改變驅(qū)動器頻率來驅(qū)動電機，測試結(jié)果可以得出與頻率相關(guān)的TEFC感應(yīng)電機工作性能，且通過此測試找出電機的性能極限。NIDAQ數(shù)據(jù)采集設(shè)備還將采集負載電機的信息，以便實時監(jiān)控負載情況。

2）第2項測試是研究與負載變化有關(guān)的感應(yīng)電機性能。將負載狀態(tài)調(diào)整到其滿載狀態(tài)的不同百分比，并使用熱監(jiān)控系統(tǒng)對電機熱狀態(tài)進行測量，為保證負載調(diào)整精確，通過DAQ測量結(jié)果對調(diào)整結(jié)果進行驗證。負載電機由TEFC感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸傳遞的機械動力驅(qū)動，這種動力傳遞結(jié)構(gòu)在整個試驗過程中保持不變。

對于試驗TEFC的電機，需要嵌入FBG傳感器。讀寫器負責(zé)發(fā)射穿過FBG光纖的激光，并使用其檢測電路處理FBG光柵反射光信息。讀寫器計算反射光的布拉格波長，將其處理為數(shù)字信號，而后通過以太網(wǎng)端口以2.5 kHz的采集速度傳送至筆記本電腦。

通過使用光纖設(shè)備商開發(fā)的配套的數(shù)據(jù)采集軟件SmartSoft軟件收集布拉格波長數(shù)據(jù)。布拉格波長數(shù)據(jù)有3種顯示模式，光譜模式、傳感器模式和圖表模式。為收集布拉格波長數(shù)據(jù)，本文使用傳感器模式，該模式將在表格中匯總不同時刻的布拉格波長，方便結(jié)合DAQ設(shè)備收集的數(shù)據(jù)對試驗流程進行驗證。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 傳感器校準試驗

將熱室溫度分別設(shè)置為25.5℃、40.0 ℃、60.0℃、80.0℃和100.0℃，收集不同溫度下FBG光纖的布拉格波長以建立波長-溫度關(guān)系，如圖7所示。基于試驗數(shù)據(jù)記錄，計算出相應(yīng)擬合曲線來確定試驗裝置中3個FBG傳感器的具體測溫特性。

圖7 校準試驗結(jié)果

本文選擇使用二階多項式擬合曲線來表示校準試驗中FBG傳感器的熱特性。結(jié)果表明：嵌入到被測電機的A相線圈繞組中，F(xiàn)BG傳感探頭的布拉格波長最長；B相繞組中FBG傳感探頭的布拉格波長僅次于A相線圈繞組；而C相線圈繞組的FBG探頭在相同溫度條件下，布拉格波長最小。

通過校準試驗可知：3個FBG傳感器均可正常工作，并且非常適合在試驗電機運行溫度范圍內(nèi)進行溫度測量。每個FBG傳感探頭與其布拉格波長有關(guān)的周圍溫度可以通過式（5）～式（7）計算：

當通過讀寫器測量出初始布拉格波長時，即能通過這些方程式計算出FBG傳感探頭的環(huán)境溫度。TA0、TB0和TC0為傳感器的初始溫度；式（5）～式（7）中所有初始溫度均為0℃，ΔWA、ΔWB和ΔWC是FBG光纖布拉格波長的變化量，為實時布拉格波長和初始布拉格波長之差。該系數(shù)對FBG溫度計算的影響小于0.01℃，可忽略不計。

3.2 電機熱監(jiān)控試驗

3.2.1不同負載情況下的熱監(jiān)控試驗

熱監(jiān)控試驗是針對工作頻率變化和負載變化對感應(yīng)電機性能進行的研究。第一個試驗是研究PMDC負載電動機以25%的增量將其負載水平從空載增加至滿載時，額定50 Hz頻率工況下的感應(yīng)電動機FBG傳感器熱監(jiān)測的結(jié)果。

圖8和圖9顯示了在FBG光纖傳感器測量的空載和滿載情況下，以S1占空比工作模式運行的感應(yīng)電動機溫度的變化。整個試驗全程都是在每種負載水平或頻率條件下對感應(yīng)電機進行測量。通過連接到PMDC負載電機的DAQ設(shè)備，驗證負載是否已按照測試設(shè)計要求進行調(diào)整。

圖8 定子繞組滿載運行溫度情況

圖9 定子繞組空載運行溫度情況

如圖8～圖11所示：實驗感應(yīng)電動機溫度從其環(huán)境溫度開始升高，直至熱平衡時的溫度情況?？蛰d熱監(jiān)控試驗時的環(huán)境溫度為23℃，滿載測試期間的環(huán)境溫度為26℃。在S1占空比模式下驅(qū)動負載并達到熱平衡的電機溫度在空載時為67.27℃，在滿載條件下為100.73℃。試驗所選的穩(wěn)態(tài)溫度是感應(yīng)電機達到熱平衡后1 000 s內(nèi)測得的三相插槽繞組溫度的平均值。以0.25 s為時間間隔設(shè)置讀寫器來測量電機從初始環(huán)境溫度升至穩(wěn)態(tài)溫度時的溫度變化。在空載條件下，感應(yīng)電機從初始值到穩(wěn)態(tài)的溫升為44.27℃，當負載從空載增加到滿載時，其溫升提高至74.73℃。

圖10 定子繞組滿載運行熱平衡溫度（穩(wěn)定）

圖11 定子繞組空載運行熱平衡溫度（穩(wěn)定）

測量結(jié)果表明：三相繞組存在細微溫差，這是由三相繞組中的FBG傳感器放置位置和PEEK毛細管安裝位置等方面的不同或埋線式安裝產(chǎn)生的應(yīng)力變化導(dǎo)致的。電機溫度上升趨勢符合電機發(fā)熱的熱力學(xué)理論模型，電機溫升在初始階段十分迅速，當溫度逐漸接近穩(wěn)態(tài)時，溫升速度越來越慢，直至感應(yīng)電機達到熱平衡。

在25%、50%和75%負載水平下測得的感應(yīng)電機繞組穩(wěn)態(tài)溫度的計算平均值為69.62℃、74.18℃和83.52℃，這3次試驗的環(huán)境溫度分別為24.5℃、26.26℃和20.84℃。計算出不同負載水平下感應(yīng)電動機的溫升程度（圖10）。圖10表明從無負載到滿負載的不同負載水平下以額定頻率運行時感應(yīng)電機的溫升特性。

由圖12可知：在負載增加的前半部分，溫升程度并未增加太多；從半負載開始持續(xù)提高負載水平，感應(yīng)電機溫升水平從半負載狀態(tài)下的約48℃升高到全負載狀態(tài)下的75℃。這種非線性的負載增加導(dǎo)致的感應(yīng)電機溫升提高現(xiàn)象，符合試驗所用感應(yīng)電機能效等級（IE1）標準。當感應(yīng)電動機驅(qū)動的負載增加時，定子繞組損耗增加，總損耗隨之增加[19]。

圖12 感應(yīng)電機在不同負載水平下的工作溫升特性

3.2.2不同頻率情況下的熱監(jiān)控試驗

與不同負載熱監(jiān)控測試的試驗步驟相同，其第2部分著重于探索不同頻率下感應(yīng)電機的運行性能。其中，分別在20 Hz、30 Hz、40 Hz和50 Hz（額定頻率）的工作頻率下，對感應(yīng)電機進行熱狀態(tài)測量。與頻率相關(guān)的感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)溫度測量結(jié)果如圖11所示。圖13中曲線為試驗所得三相FBG光纖傳感器測量數(shù)據(jù)的二階多項式擬合曲線，展現(xiàn)了由工作頻率變化引起的感應(yīng)電機三相溫度變化。

圖13 感應(yīng)電機在額定負載情況下不同頻率溫度情況

表示感應(yīng)電機溫度-頻率關(guān)系的三相曲線關(guān)系式為

通過連接在Parker驅(qū)動器和檢查感應(yīng)電動機的DAQ設(shè)備得到了電機實時頻率時，可計算出感應(yīng)電機驅(qū)動額定負載時三相定子繞組的穩(wěn)態(tài)溫度。

圖11中標出了所測感應(yīng)電機的B級最高工作溫度和F級最高允許溫度（絕緣溫度）。擬合曲線的趨勢表明：電動機工作頻率越低，電機穩(wěn)態(tài)溫度越高。試驗結(jié)果表明：當溫度接近熱極限時，B相定子繞組的溫度逐漸在三相繞組中達到最高。因此，應(yīng)基于感應(yīng)電機B相繞組的熱特性來計算其運行極限。對于最高工作溫度極值，所檢查的感應(yīng)電動機最低工作頻率fclassB為19 Hz；在極端情況下，根據(jù)最大允許溫度極值，可知感應(yīng)電動機最低工作頻率fclassF為6 Hz。機器部件損耗是無法定量預(yù)測的，因此，計算出的擬合曲線僅在電動機頻率低于額定50 Hz頻率時保證電機熱特性分析的可靠性，并未考慮在頻率超過50 Hz的高速情況下電機機械誤差和損耗帶來的影響。

3.3 試驗分析

由試驗的TEFC感應(yīng)電動機可知：當輸出頻率要求大于19 Hz時，方可將電動機應(yīng)用于相應(yīng)工作；即使在某些緊急情況下，感應(yīng)電動機在一段時間內(nèi)需要保持低于19 Hz的輸出頻率；機器頻率也不能低于6 Hz，否則試驗的感應(yīng)電動機將會因過熱而直接損壞。

在FBG光纖傳感器方面，負載測試和頻率測試中熱監(jiān)控系統(tǒng)性能已通過對電機各項制造標準的對比得以驗證。將溫度測量時間間隔設(shè)為0.25 s，確保了監(jiān)測感應(yīng)電機溫度變化時擁有足夠的靈敏度。與傳統(tǒng)電機內(nèi)部測溫方法中精度最高的熱電偶測溫方案相比，熱電偶僅能保證1 ℃的測量精度[20]，而FBG溫度測量可以以0.05 ℃的精度測量實時溫度[21]，精度遠高于熱電偶；另一方面，發(fā)生故障時，無法修復(fù)或替換嵌入在電機中的傳感器是傳統(tǒng)電機熱測量方法的弊病[22]。采用PEEK毛細管封裝的FBG光纖設(shè)計解決了該問題。通過從毛細管中移動光纖，輕松實現(xiàn)對傳感器的維護、校準、調(diào)整和更換；最后，F(xiàn)BG傳感器不受電磁干擾的影響，且傳感器的尺寸使其成為唯一可以測量感應(yīng)電機插槽繞組中心溫度的傳感器，此方式比其他所有方案都更接近電機的真實熱點。

因此，基于FBG光纖傳感器的電機熱監(jiān)控系統(tǒng)顯著提高了電機檢測方面的性能，解決了傳統(tǒng)解決方案的現(xiàn)有缺點，減小了監(jiān)測系統(tǒng)的尺寸并降低其制造成本，有望成為性能最高的最佳商業(yè)化電機溫度監(jiān)測解決方案[23-25]。

4 結(jié)論

本文介紹了一種功能強大的光纖布拉格光柵（FBG）溫度測量方案在感應(yīng)電機定子繞組原位熱監(jiān)控中的應(yīng)用。所提出的熱監(jiān)控系統(tǒng)是在全封閉風(fēng)扇冷卻（TEFC）鼠籠式感應(yīng)電動機上進行實現(xiàn)與試驗，并從被檢查電機的測試結(jié)果中評估了熱監(jiān)控方案的可行性。該解決方案使用了抗電磁干擾的、絕緣的、尺寸細小、適合嵌入到不同感應(yīng)電機的定子繞組線圈內(nèi)部的光纖傳感器。通過使用固定在繞組線圈內(nèi)部的PEEK毛細管實現(xiàn)光纖的保護與位置變更的設(shè)計，使光纖易于更換，重新校準或重新放置，簡化了傳感安裝的工藝流程，遠強于感應(yīng)電機的常規(guī)溫度傳感器。而且，由于所有基于光纖感測信號的感應(yīng)電機操作控制都可以在電機外部實現(xiàn)，與電機內(nèi)部電路無關(guān)，因此該方案可以進一步結(jié)合自動控制開發(fā)其熱監(jiān)控功能。

FBG在電機方面的熱監(jiān)控有極大的開發(fā)潛力，可以以故障保護與操作輔助為方向進行進一步研究。當系統(tǒng)檢測到電機熱點溫度異常升高時，應(yīng)識別出該熱點位置附近存在故障，并停止電機工作并應(yīng)檢查組件。對于常規(guī)方法，熱保護是通過電機內(nèi)部安裝的熱敏開關(guān)，通過繼電器或斷路器實現(xiàn)，它們無法檢測到故障的位置。如果將FBG監(jiān)控用于故障檢測和機器保護，則可以將此類故障的具體信息反饋給機器操作員，幫助提高檢修效率。此外，利用實時的FBG機器熱監(jiān)控系統(tǒng)，電機控制可以基于實時電機狀態(tài)監(jiān)控的反饋數(shù)據(jù)，從而可以不依照操作準則，反而根據(jù)其實際安全熱限額進行操作，在某些需要電機進行最大輸出的情況，例如電車加速時，這種功能會非常有用。