潤滑與密封應(yīng)用光纖位移傳感器的潤滑油膜厚度檢測(cè)方法的研究陳玉平張小棟王祥林西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院西安710049并給出了光纖位移傳感器測(cè)潤滑油膜厚度的測(cè)量裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概要和實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果與數(shù)學(xué)模型的結(jié)論相吻合，從而為潤滑油膜狀態(tài)的測(cè)量提供了有效的測(cè)試手段。

　　在高速重載高溫條件下工作的機(jī)器，潤滑膜軸承的正常運(yùn)行而對(duì)潤滑油膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)和控制就顯得十分必要。目前，測(cè)量摩擦副間微小區(qū)域內(nèi)的油膜厚度己有多種測(cè)試手段，如電阻法放電電壓法電容法，光透射法激光衍射法和干涉法等等。然而由于油膜的電學(xué)性能極不穩(wěn)定，在電阻的標(biāo)定上存在很大的困難，故般采用電阻法進(jìn)行定性狽閉，即用它來鑒別潤滑油膜存在與否。此1947年提出的放電電壓法是利用電壓擊穿的原理，根據(jù)電壓與電流的關(guān)系來推算出代油膜的放電電壓。然而，由于潤滑劑的性質(zhì)和純潔程度對(duì)放電電壓的影響，測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性較差，所以此法也不能滿意地用作油膜厚度的定量測(cè)定。因此，由于檢測(cè)手段的限制，人們至今仍未找到種對(duì)滑動(dòng)軸承潤滑膜厚度的動(dòng)態(tài)變化信息進(jìn)行有效檢測(cè)的成熟方法。

　　光纖及其傳感技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)對(duì)油膜的直接動(dòng)態(tài)測(cè)量開辟了條新的途徑。與傳統(tǒng)傳感器相比，光纖傳感器具有靈敏度高頻帶寬測(cè)量范圍大抗基金項(xiàng)目陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目20031222.

　　收稿日期2003127電磁干擾耐高壓耐腐蝕保密性好在易燃易爆環(huán)境下安全可靠便于與計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備相連接在線測(cè)量和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)為此，將其應(yīng)用到滑動(dòng)軸承運(yùn)行狀況的在線監(jiān)控中，將會(huì)大大提高我國設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷水平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)維修與質(zhì)量保證。

　　1系統(tǒng)工作原理1.1反射式光纖位移傳感器測(cè)量原理反射式強(qiáng)度調(diào)制是種非功能型光纖傳感器，光纖本身只起傳光作用。這里光纖分為兩部分，即輸入光纖和輸出光纖，亦可稱為發(fā)送光纖和接受光纖。這種傳感器的調(diào)制機(jī)理是輸入光纖將光源的光射向被測(cè)物體面，再從被測(cè)面反射到另根輸出光纖中，其光強(qiáng)的大小隨被測(cè)面與光纖間的距離而變化，被反射回輸出光纖的光由探測(cè)器接收，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，1 iWp.0828163cn，反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖位移傳感器的工作原理2所在距光纖端面為的位置放有反光物休平面反射鏡，它垂直于輸入和輸出光纖軸移動(dòng)，故在平面反射鏡之后相距，處形成個(gè)輸入光纖的虛像。

　　因此，確定調(diào)制器的響應(yīng)等效于計(jì)算虛光纖與輸出光纖之間的耦合。設(shè)輸出光纖與輸入光纖其間的間距為且都具有階躍型折射豐。分布。芯徑為2〃。數(shù)值孔徑為六日為光在光纖傳播所必須滿足的全反射條件下的，大臨界角。許令T 2光纖位移，感器工作原理陽1Id，27.即，2時(shí)，偶合進(jìn)輸出光纖的光功率為零當(dāng)心121時(shí)，輸出光纖與輸入光纖妁像發(fā)出的光錐底端相交其相交妁截蒙十為72，此光錐的底面積為冗2，7，2，故在此范圍內(nèi)間隙的傳光系數(shù)為7212+22耦合到輸出光纖1.2潤滑油膜厚度光纖檢測(cè)方法以滑動(dòng)軸承為例。其潤滑油膜厚度的光纖位移傳感器測(cè)量原理4.其設(shè)計(jì)思想是在滑動(dòng)軸承兩根光纖端的端面對(duì)齊固定在軸瓦的恰當(dāng)位迓，另端面則分，與光源和光接受轉(zhuǎn)換裝笠相連，并分，被叫作輸入光纖和輸出光纖。

　　從4中不難看出在局部范圍內(nèi)滑動(dòng)軸承的油膜厚度變化可近似地被認(rèn)為足個(gè)板膜的變化。為此。本文在實(shí)驗(yàn)室搭建個(gè)檢測(cè)血油膜的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其工作原理5.

　　纖相重疊部分的面積所決定。重益部分如冬3.

　　計(jì)算重疊部分的面積，或利用線性近似法來進(jìn)行計(jì)算，即光徘底面積與出射光纖端面相幺的邊緣用直線來進(jìn)行近似。如果8是光錐邊緣與輸出光纖屯疊的趴離在這種近似的前提下，簡(jiǎn)單的幾何分析即可得出輸出光纖端面受光錐照射的面所6的百分比為閃此，被輸出光纖接收的入射光功率71分?jǐn)?shù)為K5平板膜明5光纖位移測(cè)試擬埋框14用塊反射鏡和塊透明玻璃并在它們中間注入汕形成欖擬汕膜裝笠。反射鏡固連在個(gè)可微調(diào)的可調(diào)支架上，而透明玻璃則與兩根光纖固連。這兩根光纖分，被稱為入射光纖和接收光纖。其中入射光纖的另端對(duì)準(zhǔn)激光光源，而接收光纖的另端則對(duì)準(zhǔn)光屯極管光屯極竹管足數(shù)倨采集電路板算機(jī)和以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集板在內(nèi)的系統(tǒng)，就構(gòu)成個(gè)7整的根擬反射式強(qiáng)度凋制光纖位移傳感器原理設(shè)計(jì)的潤滑油膜檢測(cè)裝置。

　　設(shè)光電極管輸入的光強(qiáng)為，從然有計(jì)算幾何意木裝置采用的激光光源為氖激光燈。其輸出的光功率尺=30臂，波長約63考慮傳輸過程進(jìn)行人0轉(zhuǎn)換，并由單片機(jī)讀出，再經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)中光的損耗設(shè)比例系數(shù)為以及油膜所吸收掉的奶1后送數(shù)碼管顯，同時(shí)與上位機(jī)0機(jī)通訊，光功率設(shè)比例系數(shù)為冰，則接收光纖輸入的光功以便上位機(jī)進(jìn)步處理數(shù)據(jù)并向單片機(jī)發(fā)出指令。

　　率尸，為數(shù)。所以光電極管接受到的光強(qiáng)度為而產(chǎn)生的耦合效率系數(shù)。

　　則總的耦合系數(shù)為2實(shí)驗(yàn)考慮到光纖安裝在軸承上時(shí)必須保留定的距離，以便在軸瓦和光纖之間安裝透明密封器件使油膜不致滲漏，同時(shí)避免因光纖與軸徑接觸而影響測(cè)量系統(tǒng)，即應(yīng)預(yù)留初始值，使光纖端面到反射物體軸抒的距離+，為實(shí)際的油膠度為此，本文在設(shè)計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)，將光纖安裝在透明玻璃板的17面，這樣就產(chǎn)生了1個(gè)的始位置。破璃本裝置所用的光電極管是個(gè)集成了個(gè)光敏。極管，1管和個(gè)運(yùn)算放大器的芯片，它有很高的響應(yīng)度和線性度，其它性能也非常優(yōu)異。它直接輸出電壓，并且其輸出的電壓與芯片接受到的光功率成正比。其輸出的響應(yīng)度=0.45因此，光電極管輸出的電壓為U=kE=kmv由于有暗電流所以實(shí)際輸出，斤輸出的電壓。

　　根據(jù)以上討論分析可知當(dāng)，d27時(shí)，光電極管輸出的電壓為U=Un，2，2輸出隨的增人而單調(diào)增大17，輸出隨的增大而中1調(diào)減小1.3后續(xù)的農(nóng)集系統(tǒng)設(shè)計(jì)由前所述采集系統(tǒng)電路板由光電極管作為信號(hào)源傳感器，并由后接的運(yùn)算放大器，轉(zhuǎn)換單片機(jī)數(shù)碼管輸出顯及與上位機(jī)通訊接口等環(huán)節(jié)組成，6為其系統(tǒng)框。

　　光電管運(yùn)算放大SAmm jRMcZ單片機(jī)r厚約3mm，所以=3mm.顯然此時(shí)光纖端面到反射鏡的距離=禹+；+2廠27因此本文所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)光電極管輸出隨油膜厚度的增大而笮調(diào)7降，此外，因本文選的是8位，所以輸出小的數(shù)姐是其最小分辨率6=5255=19.6以的倍數(shù)。

　　實(shí)際測(cè)得的測(cè)量裝置的特性曲線7從不斷減小。其1線。變化規(guī)律與理論分祈或推導(dǎo)的結(jié)論基本吻合由于工程實(shí)際中滑動(dòng)軸承的油膜厚度般在100如以內(nèi)，由7可看出，在此范圍之內(nèi)膜厚與輸出之間近似成線性關(guān)系。因此，該測(cè)量裝置取得了良好的測(cè)試性能。

　　3結(jié)論由于在測(cè)量系統(tǒng)中采用了光汗傳感技札解決了其忑它測(cè)1；方法4法消除的屯5茲干擾使用壽命短高溫不耐腐蝕等問，與傳統(tǒng)的只能定性測(cè)量膜厚的方法相比，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油膜厚度的準(zhǔn)確測(cè)量，并，晟出現(xiàn)的誤報(bào)警及時(shí)進(jìn)行判斷。經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后本系統(tǒng)的測(cè)扒精度可達(dá)10化，若采用位，轉(zhuǎn)換則可大大提高精度，杉及。芯棚半導(dǎo)休源，則不儀體積小卞高而且可大大降低成本。

　　注暗電壓無光輸入時(shí)輸甚至可達(dá)納MiiiinJ I溫詩鑄。摩擦學(xué)原理。清華大學(xué)出版社，1990.

　　2韋兆碧。應(yīng)用于鐵路道軌密貼檢測(cè)的光纖位移傳感器的研由框可知當(dāng)光電極管接收到光信號(hào)后即轉(zhuǎn)3孫圣和。光纖測(cè)量與傳感技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社變成電壓信號(hào)輸出，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大信號(hào)后，20001.

作者：佚名　　來源：中國潤滑油網(wǎng)