潤滑與密封應(yīng)用光纖位移傳感器的潤滑油膜厚度檢測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潤滑油膜厚度的測量裝置系統(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)的測量提供了有效的測試手段。

　　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)行而對潤滑油膜進(jìn)行動態(tài)在線監(jiān)測和控制就顯得十分必要。目前，測量摩擦副間微小區(qū)域內(nèi)的油膜厚度己有多種測試手段，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)和純潔程度對放電電壓的影響，測量結(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定。因此，由于檢測手段的限制，人們至今仍未找到種對滑動軸承潤滑膜厚度的動態(tài)變化信息進(jìn)行有效檢測的成熟方法。

　　光纖及其傳感技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)對油膜的直接動態(tài)測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)備相連接在線測量和自動控制等優(yōu)點(diǎn)為此，將其應(yīng)用到滑動軸承運(yùn)行狀況的在線監(jiān)控中，將會大大提高我國設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷水平，從而實(shí)現(xiàn)對關(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物體面，再從被測面反射到另根輸出光纖中，其光強(qiáng)的大小隨被測面與光纖間的距離而變化，被反射回輸出光纖的光由探測器接收，并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出，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，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方法以滑動軸承為例。其潤滑油膜厚度的光纖位移傳感器測量原理4.其設(shè)計(jì)思想是在滑動軸承兩根光纖端的端面對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)檢測血油膜的實(shí)驗(yàn)臺，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準(zhǔn)激光光源，而接收光纖的另端則對準(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)測量實(shí)驗(yàn)臺時(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)際測得的測量裝置的特性曲線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，該測量裝置取得了良好的測試性能。

　　3結(jié)論由于在測量系統(tǒng)中采用了光汗傳感技札解決了其忑它測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后即轉(zhuǎn)3孫圣和。光纖測量與傳感技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社變成電壓信號輸出，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大信號后，20001.

作者：佚名　　來源：中國潤滑油網(wǎng)