DE102011054047A1

DE102011054047A1 - System und Verfahren zur Überwachung von Elektromaschinenkomponenten

Info

Publication number: DE102011054047A1
Application number: DE102011054047A
Authority: DE
Inventors: Hua Xia; Glen Peter Koste; Axel Busboom; Christopher Anthony Kaminski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-03-29
Also published as: JP2012073257A; GB2484378A; KR101825581B1; US8422008B2; GB201116032D0; KR20120033293A; GB2484378B; US20120075633A1; JP5928769B2; GB201116616D0

Abstract

Ein Elektromaschinenkomponentenüberwachungssystem (20, 100) enthält eine Lichtquelle (22, 101), die über ein Faseroptikkabel (26, 107) ein optisches Signal ausgibt, und eine Faseroptiksensorkomponente (30, 106), die an der Elektromaschinenkomponente (46) oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente (109) angeordnet ist, um ein optisches Antwortsignal zu erhalten, das eine Bedingung der Elektromaschinenkomponente (46, 109) kennzeichnet. Das System enthält außerdem einen Photodetektor (32, 104), um das optische Antwortsignal von der Faseroptiksensorkomponente (30, 106) aufzunehmen und das optische Antwortsignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Weiter ist in dem System ein Verarbeitungsschaltkreis (38, 105) vorgesehen, um durch eine Auswertung des reflektierten optischen Signals Daten zu bestimmen, die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente (46, 109) betreffen.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zur Überwachung des einwandfreien Zustands einer Elektromaschinenkomponente und spezieller ein auf Faseroptik basierendes System und Verfahren zur Überwachung von Endwindungskomponenten einer rotierenden Maschine.
Rotierende Maschinen wie Stromgeneratoren, die durch Dampfturbinen oder Gasturbinen angetrieben werden, sind in der Lage, in ihren Statorwindungen einen Strom von mehreren Tausend Ampere zu führen. Statorwicklungen umfassen gewöhnlich elektrisch leitende Stäbe, die in entsprechenden Schlitzen in einem Statorkern gesichert sind, und Endwindungen, die sich über den Statorkern hinaus erstrecken, um zwischen den leitenden Stäben Verbindungen herzustellen. Die Endwindungskomponenten sind elektro-dynamische und mechanische Kräften unterworfen, die eine Verschiebung der Endwindungen bewirken.
Gelockerte Endwindungskomponenten reiben aufgrund elektromagnetischer Kräfte aneinander, was zu Verschleiß des Windungsisolatormaterials führt. Somit können sich Stäube, die beispielsweise Glas, Glimmer, Harz und Farbe enthalten, auf den Endwindungskomponenten anhäufen und sich mit Generatoröl vermischen, um in der Nähe der Endwindungen und an sonstigen Endwindungskomponenten Fett abzulagern. Das Fett weist normalerweise in Abhängigkeit von dem Mischverhältnis von Staub und Generatorölnebeltröpfchen eine sich von Braun hin zu Dunkelbraun ändernde Farbe auf. Unter manchen Bedingungen sind außerplanmäßige Ausfallzeiten von Generatoren unumgänglich, um die Endwindungen zu reinigen oder die beschädigte Isolierungsschutzschicht auf Endwindungen zu erneuern. Die außerplanmäßigen Ausfallzeiten reduzieren die Verfügbarkeit der Kraftanlage und steigern unnötige Wartungskosten.
Die Lockerung einer Generatorendwindung wird hauptsächlich durch eine visuelle Untersuchung mit Blick auf die Anwesenheit von Staub diagnostiziert. Allerdings setzt die visuelle Untersuchung voraus, dass der Generator außer Betrieb genommen wird. Ein abgewandeltes Untersuchungsverfahren beinhaltet eine Überwachung einer Gesamtbewegung einer Endwindung, wobei gewöhnlich faseroptisch gekoppelte Beschleunigungsmesser verwendet werden, die an mehreren Stellen an der Endwindung angeordnet sind. Faseroptisch gekoppelte Beschleunigungsmesser weisen allerdings nicht die Funktionalität auf, Staub zu überwachen, und müssen an mehreren (gewöhnlich 6) Stellen angeordnet werden. Ein weiteres mögliches Untersuchungsverfahren basiert auf einem Kamerabildgebungsverfahren, jedoch ist es schwierig, sämtliche Endwindungsorte zu erreichen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Elektromaschinenkomponentenüberwachungssystem, um eines oder mehrere der oben erwähnten Probleme zu lösen.
KURZBESCHREIBUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Elektromaschinenkomponentenüberwachungssystem geschaffen. Das System enthält eine Lichtquelle zum Ausgeben eines optischen Signals durch ein Faseroptikkabel und eine Faseroptiksensorkomponente, die an der Elektromaschinenkomponente oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente angeordnet ist, um ein optisches Antwortsignal zu erhalten, das einer Bedingung der Elektromaschinenkomponente kennzeichnet. Ein Photodetektor ist in dem System vorgesehen, um das optische Antwortsignal von der Faseroptiksensorkomponente aufzunehmen und es in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Das System weist außerdem einen Verarbeitungsschaltkreis auf, um durch Auswertung des elektrischen Signals Daten zu bestimmen, die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente betreffen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen einer Elektromaschinenkomponente geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte des Ausgebens eines optischen Signals an die Elektromaschine und des Messens eines optischen Signals, das von einer Faseroptiksensorkomponente reflektiert ist, die an der Elektromaschinenkomponente oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet weiter den Schritt, des Bestimmens von Daten, die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente betreffen, indem das reflektierte optische Signal ausgewertet wird.
ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines auf einem Faseroptik-Wellenlängenmultiplexverfahren basierenden Systems zur Überwachung der Unversehrtheit von Endwindungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines auf einem Fasergitter basierenden Sensormoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt in einer grafischen Darstellung die Übertragungsänderung in Relation zu der Wellenlängenverschiebung eines auf einem Fasergitter basierende Sensormoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt in einer grafischen Darstellung eine Wellenlängenverschiebung eines auf einem Fasergitter basierenden Sensormoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt in einer grafischen Darstellung eine Übertragungsdämpfungsänderung, die anhand eines auf einem Fasergitter basierenden Sensormoduls gemessen ist;
6 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren auf Faseroptik basierenden Systems zur Überwachung der Unversehrtheit von Endwindungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine grafische Darstellung einer Änderung einer Reflexionssignalamplitude gegenüber dem Abstandhalterabstand der Fasersensorsonde von der Endwindungskomponente;
8 zeigt in einer schematischen Darstellung drei Faseroptiksondenstrukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt in einer grafischen Darstellung ein von unterschiedlichen Medien ausgehendes Reflexionsfaktorsignal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt in einer grafischen Darstellung ein wiederholtes von unterschiedlichen Medien ausgehendes Reflexionsfaktorsignal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt eine grafischen Darstellung einer typischen Verschiebung, die von einer sich bewegenden Oberfläche stammt, und
12 veranschaulicht eine Frequenzantwort einer dynamischen Antwort auf eine sich bewegende Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel ”ein” ”eine”, bzw. ”der, die, das” und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschließen. Die Begriffe ”umfassen”, ”enthalten” und ”aufweisen” sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.
1 veranschaulicht schematisch ein System 20 zur Überwachung von Endwindungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Allgemein enthält das Überwachungssystem 20 eine Lichtquelle 22, beispielsweise eine abstimmbare oder Breitbandlichtquelle, die mit einem Optokoppler oder Zirkulator 24 in Lichtverbindung steht. Der Optokoppler 24 nimmt das von der Lichtquelle 22 abgestrahlte Licht auf und überträgt einen Teil des Lichts durch ein Lichtleitfaserkabel 26. Das Licht, das das Lichtleitfaserkabel 26 durchquert, tritt in ein Fasersensormodul 30 ein, das an einer Endwindungskomponente 46 einer Elektromaschine, beispielsweise eines Generators oder eines Motors, befestigt ist. In einem Ausführungsbeispiel kann der Generator einen wasserstoffgekühlten Generator oder einen luftgekühlten Generator beinhalten. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das Fasersensormodul 30 ein kurzperiodisches Faser-Bragg-Gitter (FBG) 31 als einen Temperatursensor und ein langperiodisches Gitter (LPG) 33 als einen Sensor zur Erfassung von Ölverschmutzung. Außerdem können in einem anderen Ausführungsbeispiel mehrere Fasersensormodule 30 kaskadiert und an unterschiedlichen Komponentenorten eingebaut sein. Die ölhaltige Verschmutzung kann Generatoröl und Mischungen von Staub und Öl (Fett) beinhalten. Die ölhaltige Verschmutzung kann außerdem Partikel enthalten, die von Polymerpartikeln, die aus einer Verbrennung an Heißpunkten stammen, oder von Partikeln herrühren, die von einer verschlissenen Wicklungsisolierung stammen. In einem Ausführungsbeispiel sind ein kurzperiodisches Faser-Bragg-Gitter (FBG) 31 mit einer typischen Periodizität von –0,5 μm und ein langperiodisches Gitter (LPG) 33 mit einer typischen Periodizität von 100–600 μm, auf eine Glasfaserplatte oder auf einer auf einem elektrisch isolierten Material basierende Platte 35 gepackt, die anschließend an der Endwindungskomponente 46 befestigt wird.
Ein Teil des Lichts, das durch das Fasersensormodul 30 reflektiert wird, wird über das Lichtleitfaserkabel 26 durch einen Photodetektor 32 aufgenommen. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Wellenlängenmultiplexverfahren genutzt werden, um mehrere reflektierte oder abgestrahlte Signale mittels der zentralen Wellenlänge jedes Fasergitters abzufragen. Die zentrale Wellenlänge des FBG 31 ist dessen Bragg-Resonanzwellenlänge, die gegenüber der Generatorinnentemperatur eine lineare Beziehung aufweist, die gegeben ist durch: λ = 2·n·Λ' (1) Δλ(t) = κ·ΔT (2) mit n gleich dem effektiven Brechungsindex eines (in 2 gezeigten) Faserkerns, A gleich der Periodizität, und κ gleich der Temperaturempfindlichkeit mit einem Wert von etwa 10–12 pm/°C. In ähnlicher Weise ist die Resonanzwellenlänge für das LPG 33 gegeben durch: λ = [n_core – n_clad,i (3) mit n_core gleich dem effektiven Brechungsindex des Faserkerns, und n_clad,i gleich dem jeweiligen Brechungsindex einer i-ten Mantelmode in dem Fasermantel. Die auf die Generatorinnentemperaturschwankung zurückzuführende relative Wellenlängenverschiebung ist gegeben durch: Δλ = ζ·ΔT (4) mit ζ gleich der Temperaturempfindlichkeit des LPG 33, die etwa 50–80 pm/°C beträgt. Wenn die Umgebungstemperatur schwankt, dienen die Gleichung (2) und die Gleichung (4) daher zur Bestimmung der Änderung der auf ölhaltigen Schmutz zurückzuführende Wellenlängenverschiebung.
Wenn sich der durch s vorgegebene Brechungsindex des umgebenden Mediums verändert, kann die sich ergebende Wellenlängenverschiebung näherungsweise berechnet werden durch:
wobei n_clad der Brechungsindex des Fasemantels ist, n_core der Brechungsindex des Faserkerns ist, n der Brechungsindex des umgebenden Mediums ist, u die normierte elastische Feldamplitude in dem Fasermaterial ist, λ die zentrale Wellenlänge (gewöhnlich etwa 1550 nm) ist und R der Faserradius ist. Es ist zu beachten, dass sich auch das Übertragungsprofil des LPG 33 in Abhängigkeit von dem Brechungsindex des externen Mediums ändert.
Somit hängt die Amplitude des reflektierten optischen Signals, das durch den Photodetektor 32 erfasst ist, von dem Zustand der Endwindungskomponente 46 oder von der ölhaltigen Verschmutzung auf dem Faseroptiksensormodul 30 ab. Beispielsweise kann sich der Brechungsindex für eine ölige Fläche im Vergleich zu einer nicht öligen Fläche unterscheiden. Das umgewandelte Lichtsignal (oder ”elektrische Signal”), das durch den Photodetektor 32 erzeugt wird, wird zu einer Datenerfassungseinheit 38 übertragen. Die Lichtquelle 22 und der Photodetektor 32 können innerhalb oder außerhalb des Generators angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel überträgt eine Drahtlosschnittstelle 40 elektrische Signale zu der Datenerfassungseinheit 38, und die Datenerfassungseinheit 38 nutzt die elektrischen Signale, um die Unversehrtheit der Generatorendwindung 34 zu überwachen. In noch einem Ausführungsbeispiel kann ein Ethernetkabel genutzt werden, um elektrische Signale zu der Datenerfassungseinheit 38 zu übertragen, und die Datenerfassungseinheit 38 nutzt die elektrischen Signale, um die Unversehrtheit der Generatorendwindung 34 zu bewerten. In einem Ausführungsbeispiel erfasst die Datenerfassungseinheit 38 die Anwesenheit einer ölhaltigen Verschmutzung. In noch einem Ausführungsbeispiel erfasst die Datenerfassungseinheit 38 die Anwesenheit dynamischer Belastungskomponenten an der Endwindung basierend auf der reflektierten Spitzenleistungswellenlänge des FBG, gegeben durch: f = FFT(Δλ(t)) (6), wobei die Endwindungsgrundschwingung bei 120 Hz und Oberschwingungen höherer Ordnung gleichzeitig erfasst werden können.
2 zeigt ein auf einem Fasergitter basierendes Sensormodul 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Sensormodul 30 beinhaltet einen zentralen Faserkern 50, ein kurzperiodisches Faser-Bragg-Gitter (FBG) 52, ein langperiodisches Gitter (LPG) 54 und einen Fasermantel 56. In einem Ausführungsbeispiel basiert der zentrale Faserkern 50 auf Germaniumdioxid (GeO₂) oder mit Fluor (F) co-dotiertem Siliziumoxid und ist mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 5 μm bis ungefähr 9 μm bemessen. Darüber hinaus kann eine 10 bis 20 μm dicke Polyimidbeschichtungslage genutzt werden, um die Gitterfläche zu schützen. Das FBG 52 kann genutzt werden, um die Basislinientemperatur der inneren Komponente des Generators und auch deren Änderungen in Echtzeit zu bestimmen, und kann somit eingesetzt werden, um Änderungen der Sensorbasislinie zu korrigieren. Das FBG weist eine schmale Bandbreite von –0,3 nm auf, und das LPG weist eine Übertragungskerbe von 10–20 nm auf. In einem Ausführungsbeispiel wird jedes Sensormodul baulich ausgeführt, indem ein 15 mm langes LPG und ein 5 mm langes FBG mit einem trennenden Abstand von 10 mm zwischen diesen eingeschrieben werden. Die LPG-Struktur 54 weist entlang einer Längsachse 51 eine Modulation mit einer Ganghöhe von etwa 100 μm bis ungefähr 600 μm auf. Die LPG-Struktur 54 ist dazu eingerichtet, Grundmodenenergie mit einem apodisierten oder einem geblazten Brechungsindexmodulationsprofil wirkungsvoll an die Moden des Fasermantels 56 abzugeben. In einem Ausführungsbeispiel breitet sich die weitergeleitete geführte Welle aus, und ein Teil der Energie wird in den Fasermantel 56 oder in das externe umgebende Medium eingekoppelt, falls sich der Brechungsindex des umgebenden Mediums von demjenigen des Fasermantels unterscheidet. Der Fasermantel 56 ist kreisförmig um den Faserkern 50 angeordnet und basiert in einem Ausführungsbeispiel auf reinem Siliziumoxid oder auf mit Fluor dotiertem Siliziumoxid mit einem Außendurchmesser von etwa 125 μm.
3 zeigt eine grafische Darstellung 60 einer Übertragungsantwort des Faseroptiksensormoduls von 1 in Relation zu der Wellenlängenverschiebung. Die horizontale Achse 62 repräsentiert die Wellenlängenverschiebung in Nanometer, während die vertikale Achse 64 die Übertragungsantwortamplitude in Dezibel Milliwatt (dBm) angibt. Die grafische Darstellung 66 betrifft die Übertragungsantwort des Faseroptiksensors in Luft, und die grafische Darstellung 68 betrifft die Übertragungsantwort des Faseroptiksensors in Generatoröl. Beide grafischen Darstellungen 66 und 68 weisen dank der FBG- bzw. der LPG-Struktur zwei Kerben in ihren Antworten auf, nämlich 70, 72 für die grafische Darstellung 66 und 74, 76 für die grafische Darstellung 68. Da der Brechungsindex des Fasermantels nahe bei etwa 1,46 liegt, und der Brechungsindex des Generatoröls etwa 1,6 beträgt, verschiebt sich das LPG-Übertragungsspektrum beträchtlich, während das FBG-Übertragungsspektrum wegen der Unempfindlichkeit des FBG gegenüber einer externen Brechungsindexänderung keinerlei Verschiebung aufweist.
4 zeigt eine grafische Darstellung 80 einer Wellenlängenverschiebung des an der Endwindungskomponente angebrachten Faseroptiksensormoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die grafische Darstellung 80 betrifft einen in 1 beschriebenen Faseroptiksensormodul 30. Aus der grafischen Darstellung 80 lässt sich ersehen, dass als ein Sensor zur Überwachung der Unversehrtheit einer Endwindung die Amplitude der Verschiebung der Sensorantwortwellenlänge von etwa 1534 nm bis ungefähr 1560 nm ansteigt. Wenn die Oberfläche des LPG-Sensors von Luft umgeben ist, liegt seine zentrale Wellenlänge bei 1534 nm, wohingegen die zentrale Wellenlänge des LPG auf 1560 nm verschoben ist, was die Anwesenheit von Generatoröl auf der Generatorendwindungskomponente anzeigt. Somit bewirkt das Generatoröl aufgrund seines hohen Brechungsindexes im Vergleich zu demjenigen des Fasermantels eine Wellenlängenverschiebung um etwa 26 nm nach oben. Im Gegensatz dazu könnte ein geringerer Brechungsindex eines Fluids oder Öls eine Abwärtsverschiebung des Fasersensors bewirken. Mittels dieser Wellenlängenverschiebungsantwort ist es möglich, eine ausreichende Empfindlichkeit bereitzustellen, um Ölnebel und eine im Lauf der Zeit auftretende Bildung und Anhäufung von Fett quantitativ zu bewerten.
5 zeigt eine grafische Darstellung 90 einer Übertragungsamplitude des an der Endwindungskomponente befestigten Faseroptiksensormoduls. Aus der grafischen Darstellung 90 lässt sich ablesen, dass die Übertragungsamplitude von etwa –29 dBm auf etwa –36 dBm abnimmt. Die Dämpfung der Übertragungsamplitude von –7 dBm zeigt an, dass die Generatorendwindungskomponente von einem Fluid oder einer wässrige Substanz umgeben ist, die einen höheren Brechungsindex als beispielsweise Luft aufweist. Somit beträgt die Fasersensorübertragungsantwort ausgehend von Luft zu Generatoröl etwa 7 dBm, wenn sich der Brechungsindex des den Fasermantel umgebenden Mediums von n – 1 (Luft) hin zu n – 1,6 (Öl) ändert. Durch Zusammenführung sowohl der Wellenlängenverschiebung als auch der Übertragungsdämpfung kann eine genaue Bestimmung des Öls, Fetts und wässriger Mischungen aus sonstigen Partikeln und Öl durchgeführt werden. Außerdem kann die Spitzenreflexionswellenlänge des FBG mittels ihrer Schnellen Fouriertransformation, wie in Gl. (6) beschrieben, für eine Analyse der dynamischen Beanspruchung der Endwindung genutzt werden.
6 veranschaulicht ein weiteres, auf einem Faseroptikreflexionsvermögen basierendes System 100 zur Überwachung von Endwindungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das System 100 enthält eine Laserquelle 101, einen ersten optischen Verteiler 102, einen Optokoppler 103 und ein Photodetektorarray 104. Das System enthält ferner mehrere Faseroptikkabel 107, die dazu dienen, das Licht durch mehrere Fasersensorsonden 106 zu mehreren Punkten an einer Endwindungskomponente 109 zu leiten. Das System 100 enthält außerdem einen Verarbeitungsschaltkreis 105 mit einem Digital/Analog-Konverter und ein Datenakquisitionsmodul. In einem Ausführungsbeispiel kann im Falle eines einzelnen Faseroptikkabels ein unmittelbares Einkoppeln von Licht aus der Laserquelle 101 in ein Faserbündel unter Verwendung von Steckverbindungen des Typs FC/UPC oder SMA 905 durchgeführt werden. Licht aus einer Lichtquelle kann auf mehrere Fasern 107 verteilt werden, um mittels eines zweiten optischen Verteilers 108 an der Endwindungskomponente 109 mehrere Punkte zu beleuchten. Der erste optische Verteiler 102 spaltet auf das aus der Laserquelle stammende Lichtsignal in zwei Signale auf, wobei ein Signal als ein Referenzsignal zu dem Photodetektorarray 104, und ein weiteres Signal durch den Optokoppler 103 zu dem zweiten optischen Verteiler 108 übertragen wird. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Zeitmultiplex-, ein Wellenlängenmultiplex-, oder ein optisches Schaltverfahren genutzt werden, um mehrere reflektierte Signale abzufragen. In noch einem Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis der Aufteilung von zwei Lichtstrahlen im Bereich von 1/99 bis 5/95. Der zweite optische Verteiler 108 weist eine Länge von 1 × N auf, wobei N die Anzahl der Sensorsonden ist. Der zweite optische Verteiler spaltet das Lichtsignal zu gleichen Teilen in N aufgeteilte Lichtsignale auf, und jedes aufgeteilte Licht wird zu jeder Fasersensorsonde übertragen, wobei jedes von der Endwindungskomponente 109 stammende reflektierte Signal anschließend zu dem Photodetektorarray 104 zurückübertragen wird. Das durch den Photodetektor 104 erzeugte umgewandelte Lichtsignal (oder ”elektrische Signal”) wird zu dem Verarbeitungsschaltkreis 105 übertragen. Die elektrischen Signale werden unter Verwendung eines von dem ersten optischen Verteilern stammenden Referenzsignals, um Drift und Lichtquellenverschlechterung zu unterdrücken, in digitale Signale umgewandelt.
In einem Ausführungsbeispiel erfasst der Verarbeitungsschaltkreis 105 die Anwesenheit einer ölhaltigen oder nicht ölhaltigen Verschmutzung, beispielsweise Staub, Öl und Fett, und außerdem das Vorhandensein einer Bewegung an der Endwindungskomponente, indem er die elektrischen Signalwerte mit dynamischen Verschiebungsdaten vergleicht, die in dem Speicher des Verarbeitungsschaltkreises 105 gespeichert sind. Die Unversehrtheit der Endwindung kann an mehreren Punkten gleichzeitig oder nacheinander beobachtet werden. In noch einem Ausführungsbeispiel sprechen die Fasersensorsonden 106 auf Schmutz an oder sind dazu eingerichtet, Staub, Generatoröl, Mischungen von Staub und Öl (Fett) zu identifizieren, und gegenüber Änderung der Temperaturen, des Drucks und des Wasserstoffkühlgasstroms unempfindlich zu sein. In einem Ausführungsbeispiel sind die Fasersensorsonden 106 ihrer Funktion entsprechend eingerichtet, indem sie mit einer chemisch empfindlichen Oberfläche ausgebildet werden, so dass die Lichtstrahlung, wenn sich ein Brechungsindex eines externen Mediums verändert, die Amplitude des Reflexionsvermögen entsprechend moduliert.
Eine Tabelle kann erstellt werden, um anzuzeigen, dass für eine vorgegebene Bedingung und für einen vorgegebenen Abstand des Kabels von der Komponente 109 eine vorgegebene Amplitude des elektrischen Signals erwartet wird. Beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel kann die Tabelle, falls die elektrische Signalamplitude 3,8 V beträgt, basierend auf der Funktionalisierung der Fasersensorsonde und dem Abstand zwischen dem Kabel und der Endwindungskomponente, die Anwesenheit von Öl anzeigen, wohingegen sie die Anwesenheit von Luft anzeigt, falls die elektrische Signalamplitude 4V beträgt. Die gespeicherten Daten werden anhand von Kalibrierungsexperimenten des elektrischen Signals gewonnen, die vor einem Echtzeitbetrieb unter bekannten Verschmutzungsbedingungen ausgeführt werden. Der Verarbeitungsschaltkreis 105 gibt dann im Echtzeitbetrieb die Anwesenheit von Schmutz betreffenden Parametern auf einem Display wieder. In noch einem Ausführungsbeispiel wird einfach eine grafische Darstellung des elektrischen Signals wiedergegeben, und die Anwesenheit von Schmutz anschließend manuell anhand der Amplituden der elektrischen Signale identifiziert. Wenn kein Schmutz vorhanden ist, bleibt das Reflexionsvermögen konstant, wohingegen das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von den Änderungen des Brechungsindex des externen Mediums abnehmen oder ansteigen wird. Die Erfassung einer Bewegung kann durch Gewinnen von Daten aus einem Bereich des Endwindungsabschnitts durchgeführt werden, in dem die Unversehrtheit zu überwachen ist, wie nachfolgend näher mit Bezug auf 11 und 12 erläutert.
7 zeigt eine grafische Darstellung 110 einer Änderung einer Reflexionssignalamplitude (vertikale Achse) in Relation zu dem Abstand D zwischen der Sondenspitze und der Endwindungskomponente (horizontale Achse). Wenn eine Bewegung der Endwindungskomponente Überwachung wird, ist es von Vorteil, die Fasersensorsonde mit einem Abstand (dem ”Abstandhalterabstand”) von der Endwindungskomponente an einer gegenüber der Verschiebung unempfindlichen Stelle zu positionieren. Eine maximale Reflexionssignalamplitude R_o tritt bei einem gewissen Abstandhalterabstand d_o auf, der als ein ”Arbeitspunkt”-Abstandswert definiert ist. Anhand der grafische Darstellung ist ersichtlich, dass die Signalamplitude durch Wahl eines anderen Abstandhalterabstand verändert werden kann. Bei der maximalen Signalamplitude weist das Signal keine Empfindlichkeit gegenüber kleinen Distanzänderung auf, und jede Signaländerung kann auf Änderungen des Reflexionsvermögens oder der Absorption des Sensormaterials zurückgeführt werden. Folglich werden in einem Ausführungsbeispiel die Fasersensorsonden 106 in einem Abstandhalterabstand von der Generatorendwindung angeordnet, der gleich dem Arbeitspunktabstand ist, um Streulichtsignale von der Endwindungskomponente 109 aufzunehmen, um die Anwesenheit von Schmutz zu bestimmen.
8 zeigt drei verschiedene Arten von Fasersensorsonden 180, 200 und 220, die genutzt werden können, um eine Endwindungskomponente zu überwachen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Jede der Fasersensorsonden 180, 200 und 220 enthält ein Faseroptikkabel 182, um Lichtsignale zu einer Endwindungskomponente 184 bzw. zu einem Sondengehäuse 186, 206 und 226 zu übertragen und von diesen aufzunehmen. Die reflektierten Lichtsignale werden anschließend analysiert, um ein Vorhandensein von Schmutz oder Bewegung an der Endwindungskomponente 184 zu ermitteln. Ein Druckabdichtungsdurchgangsloch 188 kann genutzt werden, um eine einwandfreie Dichtung des Sondengehäuses 186, 206 und 226 mit dem Faseroptikkabel 182 aufrecht zu erhalten. Sämtliche Sondengehäuse 186, 206 und 226 weisen transparente Fenster 190, 210 und 230 auf, die in einem Abstandhalterabstand von der zu messenden Komponente angeordnet sind; und die Sondengehäuse 206 und 226 enthalten Linsen 208 bzw. 228. Die Fasersensorsonde 180 weist im Inneren des Sondengehäuses 186 keine Linse auf. Das Ausgabesignal der Fasersonde 180 ist ein divergenter Strahl, der hauptsächlich genutzt wird, um Schmutz zu erfassen, der sich auf der Fensterfläche 190 niederschlägt, der Schmutz anzeigt, der sich auch auf der zu messenden Komponente niederschlägt. Abhängig von den reflektierenden und optischen Eigenschaften kann das erfasst Reflexionsvermögen genutzt werden, um Öl, Öl- und Staubmischungen, oder Staub in dem zentralen Bereich auf der Fensterfläche zu identifizieren. In diesem Fall ist die Fasersonde mit einer geeigneten Trägerstruktur versehen und in der Nähe einer Stelle eingebaut, an der sich höchstwahrscheinlich Stäube, Fett oder Partikel anhäufen.
Die optische Linse 208 in der Sensorsonde 200 gibt einen kollimierten Strahl aus, der genutzt wird, um einen gewissen Bereich einer Oberfläche einer Endwindungskomponente zu überwachen. Ein Vorteil des kollimierten Strahls ist, dass die Sensorsonde 200 in einem größeren Abstand von der Oberfläche 184 angeordnet sein kann. Die optische Linse 228 in der Sensorsonde 220 wirft einen fokussierten Strahl auf eine Generatorkomponentenoberfläche und dient hauptsächlich zur Erfassung einer Lockerung und Bewegung einer Endwindung. Weiter ist es möglich, die konvex-plato-optische Linse in dem Arbeitspunktabstand für die Erfassung sowohl von Verschmutzung als auch von Bewegung anzuordnen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Abstandhalterabstand D ermittelt werden, indem von der Endwindungskomponentenoberfläche stammende Signal/Rausch-Verhältnisse bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Bereich des Abstandhalterabstands beispielsweise zwischen 0,1 Meter und 0,5 Meter liegen. Der Abstandhalterabstand D in der Sonde 220 wird durch die Brennweite der optischen Linse bestimmt, die auf eine dynamische Verschiebung oder Bewegung empfindlicher anspricht. In noch einem Ausführungsbeispiel ist der Abstandhalterabstand für die Sonde mit fokussiertem Strahl kleiner als der Abstandhalterabstand für die parallel ausgerichteten Sonden. In einem spezielleren Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen der optischen Linse der Sonde von der Bauart mit dem fokussierten Strahl und der zu messenden Komponente die Hälfte des Arbeitspunktabstand oder d_o/2. Das Gehäuse der Fasersensorsonden ist zur beispielhaften Veranschaulichung gezeigt. In einigen Ausführungsbeispielen können die Fasersensorsonden 180, 200 und 220 in Verbindung mit verschiedene Arten von Packungen verwendet werden.
In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 8 kann das Faseroptikkabel 182 mehrere optische Fasern für die Lichtausgabe und das Lichtreflexionsvermögen aufweisen, die von einer Trägerstruktur oder einer Perle (Röhrchen) aus einem dielektrischen Material umgeben sind. In einem Ausführungsbeispiel basiert die Perle auf dielektrischem Material, auf einer Kunststoffperle, auf einer Siliziumeinzelwindung oder auf einer Polyvinylchlorid-(PVC)-Einzelwindung. Eine gewöhnlich verwendete Struktur einer Faserkabelkoaxialsonde weist eine zentrale Faser für Laserübertragung und sechs Fasern auf, die die zentrale Faser umgeben, um reflektiertes Licht aufzunehmen. In einer anderen H-Sondenstruktur belegen die Licht ausgebenden Fasern die Hälfte des Sondenraums, und die aufnehmenden Fasern belegen die andere Hälfte des Sondenraums. Die Fasersensorsonden 180, 200 und 220 können unter Verwendung chemisch empfindlichen Fensterglases dazu eingerichtet sein, um Schmutz, beispielsweise Staub, Öl und Mischungen von Staub und Öl (Fett), zu identifizieren, und um gegenüber Temperaturen, Druck und einem Wasserstoffkühlgasstrom unempfindlich zu sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die Lichtausgabequelle einen RGB-Laser beinhalten, der in der Lage ist, alternativ oder gleichzeitig Laserstrahlen von 471 nm, 532 nm und 671 nm auszustrahlen. Die Unterscheidung von Reflexionssignalen, die von dieser Wellenlängen stammen, kann dann verwendet werden, um Schmutz wie Staub, Öl und Mischungen von Staub und Öl (Fett) zu identifizieren. In noch einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Lichtquelle eine Einzelfrequenz-Lichtquelle oder eine mehrere Wellenlängen aufweisende Breitbandlichtquelle.
9 zeigt eine grafische Darstellung 120 von Faseroptiksondenantworten für Öl, Staub und Öl/Staub-Mischungen auf einer Endwindungskomponente. Die horizontale Achse 122 repräsentiert eine Messwertfolge in Abhängigkeit von der Zeit, und die vertikale Achse 124 repräsentiert das Reflexionsvermögen oder das von dem Photodetektorsignal stammende elektrische Signal in Volt. Wie weiter oben beschrieben, können Werte für den Einsatz bei der Bewertung des elektrischen Signals experimentell im Voraus gewonnen werden, um die Anwesenheit von Schmutz zu ermitteln. Die Endwindungskomponente, an der die Anwesenheit von Schmutz zu messen ist, enthielt zu Beginn eine saubere Fensterfläche. Daher zeigt die grafische Darstellung 120 ein Reflexionsfaktorsignal von etwa 4 V an, was als die Basislinie angibt, dass kein Schmutz vorhanden ist. Wenn Generatoröltropfen auf die Fensterfläche aufgebracht werden, nimmt die Amplitude des Reflexionsfaktorsignals auf etwa 3,79 V ab, was die Anwesenheit von Öl an der Endwindung anzeigt. Die Signaldämpfung kann auf die durch das Öl hervorgerufene diffuse Streuung zurückgeführt werden. In ähnlicher Weise sinkt die Amplitude des Reflexionsfaktorsignals, wenn zusätzlich Staub auf die Fensterfläche aufgetragen wird, auf 3,54 V, was die Anwesenheit eines Gemisches von Öl und Staub anzeigt. Bei etwa 140 Sekunden springt die Reflexionsfaktorsignalamplitude auf 5,740 V, was die Anwesenheit einer bedeutenden Menge von Staub an der Endwindung anzeigt. Somit ist es ersichtlich, dass sich das von Stäuben, Öl und Öl/Staub-Mischungen stammende Reflexionsfaktorsignal wesentlich unterscheidet. Die in der grafischen Darstellung 120 gezeigten Daten wurden durch manuelles Variieren vielfältiger Verschmutzungsbedingungen an ein und demselben Fleck gewonnen. Es ist zu beachten, dass die Signalamplitude hier relativ ist, und das eine Normalisierung mit Blick auf eine optische Messung des Reflexionsvermögens durchgeführt werden kann. Ein normalisiertes Signal kann beispielsweise mittels Generatoröl, Ölnebel, Staub und Fett kalibriert werden.
10 zeigt eine grafische Darstellung 130 eines wiederholten Reflexionsfaktorsignals einer Fasersensorsonde anhand unterschiedlicher Medien beispielsweise Öl, Ölnebel, Staub und Öl/Staub-Mischungen. Aus der grafischen Darstellung 130 lässt sich entnehmen, dass die Fasersensorsonde sogar im Falle wiederholter Zyklen von Stäuben und Luft, oder Öl und Luft, oder sogar Luft und Öl/Staub-Mischung rasch und außerdem genau anspricht.
11 zeigt gemessene dynamische Verschiebungsdaten 150, die von einer sich bewegenden Fläche stammen, die eine typische Verschiebung von 10 μm aufweist. Wenn in der Endwindungskomponente eine Bewegung vorhanden ist, weist das Reflexionsfaktorsignal eine Wechselstromkomponente auf, und es kann, wie oben erörtert, eine FFT des Reflexionsfaktorsignals durchgeführt werden, um das Vorhandensein von Bewegung zu ermitteln. Die dynamische Verschiebungsdaten 150 repräsentieren eine in Mikrometer angegebene tatsächliche Bewegung von einem Bereich des Endwindungsabschnitts, in dem die Unversehrtheit zu überwachen ist. Das von dem Endwindungsabschnitt stammende geringe Verschiebungssignal fügt dem reflektieren elektrischen ”Gleichstrom”-Signal eine ”Wechselstrom”-Komponente hinzu. Das dynamische Verhalten der Endwindung wird anschließend berechnet, indem an dem elektrischen Signal eine schnelle Fouriertransformation (FFT) durchgeführt wird. In einer Abwandlung kann die dynamische Verschiebung von Scheitelpunkt-zu-Scheitelpunkt als die Differenz zwischen dem Maximum und Minimum eines Abschnitts des zeitlichen Schwingungsverlaufs berechnet werden. Die berechnete Bewegung der Windung kann außerdem mit einer Lockerungsbedingung der Generatorendwindung in Beziehung gesetzt werden.
12 zeigt eine graphische Darstellung 160 der FFT des elektrischen Signals. Die grafische Darstellung 160 zeigt Frequenzkomponenten, die anhand der FFT des elektrischen Signals mit 120 Hz als einer ersten Bewegungsgrundschwingung bestimmt wurden, und es lassen sich außerdem mehrere Oberschwingungen höherer Ordnung bis zu 500 Hz (wie sie gewöhnlich in Generatorumgebungen vorkommen) deutlich erkennen. In diesem Beispiel einer Bewegungserfassung kann die für die Analyse der Erfassung der Bewegung verwendete Fasersensorsonde, wie weiter oben beschrieben, bei der Hälfte des Arbeitspunktabstands angeordnet sein.
Einer der Vorteile der beschriebenen Überwachungssysteme ist, dass sich die Unversehrtheit der Endwindungen in einer Elektromaschine, beispielsweise in einem Generator oder einem Motor, ermitteln lässt, indem gleichzeitig Öl, Stäube, Fett und Bewegung mittels eines einzigen Faseroptikerfassungssystems überwacht werden. Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass es eine gegenüber Schwankungen von Wasserstoffgas, Druck, Temperatur und Strömung unempfindliche Überwachung der Unversehrtheit gestattet. Noch ein weiterer Vorteil des Überwachungssystem besteht darin, dass es innerhalb oder außerhalb des Generatordruckbehälters angeordnet sein kann. Obwohl sich die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele auf eine Generatorendwindung beziehen, können die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch zur Überwachung beliebiger sonstiger Elektromaschinenkomponenten verwendet werden. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Fasersensorsonde in Abhängigkeit von der Anwendung aus Metall oder Keramikmaterial hergestellt sein. Die Fensterscheibe des Sondengehäuses kann als eine Membrane genutzt werden, um dynamischen Druck zu erfassen. Außerdem kann auf der Fensterscheibe mit Blick auf die Erfassung von Feuchtigkeit, toxischem Gas und Korrosion eine chemische aktive Schicht aufgebracht sein.
Während hierin lediglich spezielle Merkmale der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, erschließen sich dem Fachmann viele Abwandlungen und Veränderungen. Es ist daher selbstverständlich, dass die beigefügten Patentansprüche sämtliche Abwandlungen und Veränderungen abdecken sollen, die in den wahren Schutzbereich der Erfindung fallen.
Ein Elektromaschinenkomponentenüberwachungssystem 20, 100 enthält eine Lichtquelle 22, 101, die über ein Faseroptikkabel 26, 107 ein optisches Signal ausgibt, und eine Faseroptiksensorkomponente 30, 106, die an der Elektromaschinenkomponente 46 oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente 109 angeordnet ist, um ein optisches Antwortsignal zu erhalten, das eine Bedingung der Elektromaschinenkomponente 46, 109 kennzeichnet. Das System enthält außerdem einen Photodetektor 32, 104, um das optische Antwortsignal von der Faseroptiksensorkomponente 30, 106 aufzunehmen und das optische Antwortsignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Weiter ist in dem System ein Verarbeitungsschaltkreis 38, 105 vorgesehen, um durch eine Auswertung des reflektierten optischen Signals Daten zu bestimmen, die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente 46, 109 betreffen.
Bezugszeichenliste

20: System zur Überwachung von Endwindungen
22: Lichtquelle
24: Optokoppler
26: Lichtleitfaserkabel
30: Fasersensormodul
31: Kurzes Faser-Bragg-Gitter
32: Photodetektor
33: Langperiodisches Gitter
35: Platte aus elektrisch isoliertem Material
38: Datenerfassungseinheit
40: Drahtlosschnittstelle
50: Zentraler Faserkern
51: Längsachse
52: Kurzperiodisches Faser-Bragg-Gitter
54: Langperiodisches Gitter
56: Fasermantel
60: Grafische Darstellung einer Übertragungsantwort des Faseroptiksensormoduls
62: Horizontale Achse
64: Vertikale Achse
66: Grafische Darstellung einer Übertragungsantwort des Faseroptiksensors in Luft
68: Grafische Darstellung einer Übertragungsantwort des Faseroptiksensors in Generatoröl
70, 74: Kerben in Übertragungsantworten aufgrund der FBG-Stuktur
72, 76: Kerben in Übertragungsantworten aufgrund der LPG-Struktur
80: Grafische Darstellung einer Wellenlängenverschiebung des Faseroptiksensormoduls
90: Grafische Darstellung einer Übertragungsamplitude des Faseroptiksensormoduls
100: Auf Faseroptikreflexionsvermögen basierendes System zur Überwachung von Endwindungen
101: Laserquelle
102: Erster optischer Verteiler
103: Optokoppler
104: Photodetektorarray
105: Verarbeitungsschaltkreis
106: Fasersensorsonden
107: Faseroptikkabel
109: Endwindungskomponente
110: Grafische Darstellung der Änderung der Amplitude des reflektierten Signals
180, 200, 220: Fasersensorsonden
182: Faseroptikkabel
184: Endwindungskomponente
186, 206, 226: Sondengehäuse
188: Druckabdichtungsdurchgangsloch
190, 210, 230: Durchsichtiges Fenster
208, 228: Linsen
120: Grafische Darstellung von Faseroptiksondenantworten
122: Horizontale Achse
124: Vertikale Achse
130: Grafische Darstellung eines wiederholten Reflexionsfaktorsignals einer Fasersensorsonde
150: Dynamische Verschiebungsdaten
160: Grafische Darstellung der FFT des elektrischen Signals

Claims

Elektromaschinenkomponentenüberwachungssystem (20, 100), zu dem gehören: eine Lichtquelle (22, 101) zum Ausgeben eines optischen Signals durch ein Faseroptikkabel (26, 107); eine Faseroptiksensorkomponente (30, 106), die an der Elektromaschinenkomponente (46) oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente (109) angeordnet ist, um ein optisches Antwortsignal zu erhalten, das eine Bedingung der Elektromaschinenkomponente (46, 109) kennzeichnet; ein Photodetektor (32, 104), um das optische Antwortsignal von der Faseroptiksensorkomponente (30, 106) aufzunehmen und das optische Antwortsignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und ein Verarbeitungsschaltkreis (38, 105), der dazu eingerichtet ist, durch Auswertung des elektrischen Signals Daten zu bestimmen, die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente (46, 109) betreffen.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsschaltkreis dazu eingerichtet ist, durch Auswertung des elektrischen Signals außerdem Daten zu bestimmen, die eine Bewegung der Elektromaschinenkomponente betreffen.
Überwachungssystem nach Anspruch 2, wobei der Verarbeitungsschaltkreis basierend auf einer Übertragungsdämpfungsamplitude und einer Verschiebung der zentralen Wellenlänge des Faseroptiksensormoduls Daten bestimmt, die Verschmutzung und Bewegung der Elektromaschinenkomponente betreffen.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, wobei die Faseroptiksensorkomponente an der Elektromaschinenkomponente angeordnet ist und wobei die Faseroptiksensorkomponente eine langperiodische Gitterstruktur aufweist und auf Änderungen des Brechungsindexes eines umgebenden Mediums anspricht.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, wobei die Faseroptiksensorkomponente in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente angeordnet ist, und wobei die Faseroptiksensorkomponente auf Schmutz anspricht.
Überwachungssystem nach Anspruch 5, wobei der Abstandhalterabstand einen Arbeitspunktabstand von der Elektromaschinenkomponente zum Bestimmen von Daten beinhaltet, die Schmutz betreffen.
Überwachungssystem nach Anspruch 5, wobei die Faseroptiksensorkomponente, die auf Schmutz anspricht, eine erste Faseroptiksensorkomponente aufweist, die mit einem ersten Abstandhalterabstand angeordnet ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 5, ferner mit einer zweiten Faseroptiksensorkomponente, die auf Bewegung anspricht, wobei die zweite Faseroptiksensorkomponente eine optische Linse aufweist, die mit einem Abstand von der Elektromaschinenkomponente angeordnet ist, der kleiner ist als der erste Abstandhalterabstand.
Überwachungssystem nach Anspruch 8, wobei der Verarbeitungsschaltkreis Daten bestimmt, die die Bewegung betreffen, indem er eine schnelle Fouriertransformation (FFT) des von der zweiten Faseroptiksensorkomponente stammenden optischen Antwortsignals gewinnt.
Verfahren (20, 100) zum Überwachen einer Elektromaschinenkomponente (46, 109), mit den Schritten: Ausgeben (22, 101) eines optischen Signals an die Elektromaschine; Messen (32, 104) eines reflektierten optischen Signals, das von einer Faseroptiksensorkomponente (30, 106) stammt, die an der Elektromaschinenkomponente (46, 109) oder in einem Abstandhalterabstand von der Elektromaschinenkomponente (46, 109) angeordnet ist; und Bestimmen von Daten (38, 105), die Schmutz auf der Elektromaschinenkomponente (46, 109) betreffen, indem das reflektierte optische Signal ausgewertet wird.