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应用光纤位移传感器的润滑油膜厚度检测方法的研究

   2018-10-18 420
核心提示:  润滑与密封应用光纤位移传感器的润滑油膜厚度检测方法的研究陈玉平张小栋王祥林西安交通大学机械学院西安710049并给出了光纤

  润滑与密封应用光纤位移传感器的润滑油膜厚度检测方法的研究陈玉平张小栋王祥林西安交通大学机械学院西安710049并给出了光纤位移传感器测润滑油膜厚度的测量装置系统的设计概要和实验结果实验测试的结果与数学模型的结论相吻合,从而为润滑油膜状态的测量提供了有效的测试手段。

  在高速重载高温条件下工作的机器,润滑膜轴承的正常运行而对润滑油膜进行动态在线监测和控制就显得十分必要。目前,测量摩擦副间微小区域内的油膜厚度己有多种测试手段,如电阻法放电电压法电容法,光透射法激光衍射法和干涉法等等。然而由于油膜的电学性能极不稳定,在电阻的标定上存在很大的困难,故般采用电阻法进行定性狈闭,即用它来鉴别润滑油膜存在与否。此1947年提出的放电电压法是利用电压击穿的原理,根据电压与电流的关系来推算出代油膜的放电电压。然而,由于润滑剂的性质和纯洁程度对放电电压的影响,测量结果的稳定性较差,所以此法也不能满意地用作油膜厚度的定量测定。因此,由于检测手段的限制,人们至今仍未找到种对滑动轴承润滑膜厚度的动态变化信息进行有效检测的成熟方法。

  光纤及其传感技术的发展为实现对油膜的直接动态测量开辟了条新的途径。与传统传感器相比,光纤传感器具有灵敏度高频带宽测量范围大抗基金项目陕西省自然科学基金项目20031222.

  收稿日期2003127电磁干扰耐高压耐腐蚀保密性好在易燃易爆环境下安全可靠便于与计算机等智能设备相连接在线测量和自动控制等优点为此,将其应用到滑动轴承运行状况的在线监控中,将会大大提高我国设备状态监测与故障诊断水平,从而实现对关键设备的实时维修与质量保证。

  1系统工作原理1.1反射式光纤位移传感器测量原理反射式强度调制是种非功能型光纤传感器,光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分,即输入光纤和输出光纤,亦可称为发送光纤和接受光纤。这种传感器的调制机理是输入光纤将光源的光射向被测物体面,再从被测面反射到另根输出光纤中,其光强的大小随被测面与光纤间的距离而变化,被反射回输出光纤的光由探测器接收,并将其转换成电信号输出,1 iWp.0828163cn,反射式强度调制光纤位移传感器的工作原理2所在距光纤端面为的位置放有反光物休平面反射镜,它垂直于输入和输出光纤轴移动,故在平面反射镜之后相距,处形成个输入光纤的虚像。

  因此,确定调制器的响应等效于计算虚光纤与输出光纤之间的耦合。设输出光纤与输入光纤其间的间距为且都具有阶跃型折射丰。分布。芯径为2〃。数值孔径为六日为光在光纤传播所必须满足的全反射条件下的,大临界角。许令T 2光纤位移,感器工作原理阳1Id,27.即,2时,偶合进输出光纤的光功率为零当心121时,输出光纤与输入光纤妁像发出的光锥底端相交其相交妁截蒙十为72,此光锥的底面积为冗2,7,2,故在此范围内间隙的传光系数为7212+22耦合到输出光纤1.2润滑油膜厚度光纤检测方法以滑动轴承为例。其润滑油膜厚度的光纤位移传感器测量原理4.其设计思想是在滑动轴承两根光纤端的端面对齐固定在轴瓦的恰当位迓,另端面则分,与光源和光接受转换装笠相连,并分,被叫作输入光纤和输出光纤。

  从4中不难看出在局部范围内滑动轴承的油膜厚度变化可近似地被认为足个板膜的变化。为此。本文在实验室搭建个检测血油膜的实验台,其工作原理5.

  纤相重叠部分的面积所决定。重益部分如冬3.

  计算重叠部分的面积,或利用线性近似法来进行计算,即光徘底面积与出射光纤端面相幺的边缘用直线来进行近似。如果8是光锥边缘与输出光纤屯叠的趴离在这种近似的前提下,简单的几何分析即可得出输出光纤端面受光锥照射的面所6的百分比为闪此,被输出光纤接收的入射光功率71分数为K5平板膜明5光纤位移测试拟埋框14用块反射镜和块透明玻璃并在它们中间注入汕形成榄拟汕膜装笠。反射镜固连在个可微调的可调支架上,而透明玻璃则与两根光纤固连。这两根光纤分,被称为入射光纤和接收光纤。其中入射光纤的另端对准激光光源,而接收光纤的另端则对准光屯极管光屯极竹管足数倨采集电路板算机和以单片机为核心的数据采集板在内的系统,就构成个7整的根拟反射式强度凋制光纤位移传感器原理设计的润滑油膜检测装置。

  设光电极管输入的光强为,从然有计算几何意木装置采用的激光光源为氖激光灯。其输出的光功率尺=30臂,波长约63考虑传输过程进行人0转换,并由单片机读出,再经单片机数据中光的损耗设比例系数为以及油膜所吸收掉的奶1后送数码管显,同时与上位机0机通讯,光功率设比例系数为冰,则接收光纤输入的光功以便上位机进步处理数据并向单片机发出指令。

  率尸,为数。所以光电极管接受到的光强度为而产生的耦合效率系数。

  则总的耦合系数为2实验考虑到光纤安装在轴承上时必须保留定的距离,以便在轴瓦和光纤之间安装透明密封器件使油膜不致渗漏,同时避免因光纤与轴径接触而影响测量系统,即应预留初始值,使光纤端面到反射物体轴抒的距离+,为实际的油胶度为此,本文在设计测量实验台时,将光纤安装在透明玻璃板的17面,这样就产生了1个的始位置。破璃本装置所用的光电极管是个集成了个光敏。极管,1管和个运算放大器的芯片,它有很高的响应度和线性度,其它性能也非常优异。它直接输出电压,并且其输出的电压与芯片接受到的光功率成正比。其输出的响应度=0.45因此,光电极管输出的电压为U=kE=kmv由于有暗电流所以实际输出,斤输出的电压。

  根据以上讨论分析可知当,d27时,光电极管输出的电压为U=Un,2,2输出随的增人而单调增大17,输出随的增大而中1调减小1.3后续的农集系统设计由前所述采集系统电路板由光电极管作为信号源传感器,并由后接的运算放大器,转换单片机数码管输出显及与上位机通讯接口等环节组成,6为其系统框。

  光电管运算放大SAmm jRMcZ单片机r厚约3mm,所以=3mm.显然此时光纤端面到反射镜的距离=禹+;+2厂27因此本文所检测到的数据光电极管输出随油膜厚度的增大而笮调7降,此外,因本文选的是8位,所以输出小的数姐是其最小分辨率6=5255=19.6以的倍数。

  实际测得的测量装置的特性曲线7从不断减小。其1线。变化规律与理论分祈或推导的结论基本吻合由于工程实际中滑动轴承的油膜厚度般在100如以内,由7可看出,在此范围之内膜厚与输出之间近似成线性关系。因此,该测量装置取得了良好的测试性能。

  3结论由于在测量系统中采用了光汗传感技札解决了其忑它测1;方法4法消除的屯5兹干扰使用寿命短高温不耐腐蚀等问,与传统的只能定性测量膜厚的方法相比,本系统实现了油膜厚度的准确测量,并,晟出现的误报警及时进行判断。经过计算机处理后本系统的测扒精度可达10化,若采用位,转换则可大大提高精度,杉及。芯棚半导休源,则不仪体积小卞高而且可大大降低成本。

  注暗电压无光输入时输甚至可达纳MiiiinJ I温诗铸。摩擦学原理。清华大学出版社,1990.

  2韦兆碧。应用于铁路道轨密贴检测的光纤位移传感器的研由框可知当光电极管接收到光信号后即转3孙圣和。光纤测量与传感技术。哈尔滨工业大学出版社变成电压信号输出,然后经运算放大器放大信号后,20001.

 

 
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