[实用新型]能够同时检测滑动轴承润滑油膜厚度和温度的光纤传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于滑动轴承技术领域，特别涉及一种能够同时检测滑动轴承润滑油膜厚度和温度的光纤传感器。

背景技术

滑动轴承(包括径向和轴向)是核电机组、现代大型轧机、汽轮机、燃机以及水轮机等重大装备中转子的主要支承形式，工作过程中轴承利用流体动压效应所形成的润滑油膜不仅要保证微米级小间隙摩擦副的充分润滑，同时要承载数十吨甚至数百吨转子系统的重量以及抵御系统内部自激励力和外界干扰力的影响。在影响转子轴承系统摩擦学与转子动力学性能的诸多物理量中，油膜厚度和温度是其中主要的参数。现有的传感器不能同时实现油膜厚度和温度的检测，要实现厚度和温度的检测需安装不同的传感器，从而为传感器的安装带来不便。同时，现有的光纤传感器在进行润滑油膜厚度检测时，工作过程中油液温度的变化会导致油液折射率发生变化，从而影响现有光纤传感器油膜厚度检测的精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够同时检测滑动轴承润滑油膜厚度和温度的光纤传感器，在实现润滑油膜厚度检测的同时，实现油液温度的检测并对油液厚度的检测结果进行温度补偿，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

能够同时检测滑动轴承润滑油膜厚度和温度的光纤传感器，包括光纤探头、光源、光电转换及滤波放大模块和采集处理和显示模块；光纤探头包括1根发射光纤TF，2组接收光纤：第1组接收光纤RF1和第2组接收光纤RF2；第1组接收光纤RF1的端面与第2组接收光纤RF2的端面之间具有距离差；光源用于向光纤探头的发射光纤TF提供入射光；光纤探头的输出端经光电转换及滤波放大模块连接采集处理和显示模块；转换及滤波放大模块的作用是将接收到的光进行光电转换并对光电信号进行放大滤波；采集处理和显示模块的作用是作为上位机，对转换及滤波放大模块输出信号进行采集、并对采集的信号进行处理，实现油膜厚度、温度的检测和显示。

进一步的，发射光纤TF和接收光纤规格相同，都为多模光纤；第1组接收光纤RF1分为RF1-1和RF1-2，第2组接收光纤RF2分为RF2-1和RF2-2；接收光纤RF1-1、RF1-2、RF2-1、RF2-2都为两根，排列方式为：发射光纤TF排布在中心，8根接收光纤成对称十字排列在发射光纤TF旁侧。

进一步的，以发射光纤TF的中心为圆点建立XY直角坐标系；一组接收光纤RF1-1、RF1-2位于X轴正半轴，一组接收光纤RF2-1、RF2-2位于X轴负半轴，另一组接收光纤RF2-1、RF2-2位于Y轴正半轴，另一组接收光纤RF1-1、RF1-2位于Y轴负半轴。

进一步的，接收光纤RF1-1和RF1-2与发射光纤TF的轴间距不同，接收光纤RF2-1和RF2-2与发射光纤TF的轴间距也不同；第1组接收光纤RF1的端面与发射光纤TF端面齐平，第2组接收光纤RF2的端面与发射光纤TF端面有1个确定的距离d₀；接收光纤RF1-1和RF2-1位于内侧靠近发射光纤TF且与发射光纤TF间隔布置，接收光纤RF1-2和RF2-2位于外侧。

进一步的，接收光纤RF1-1、RF1-2紧贴布置在一起，接收光纤RF2-1、RF2-2紧贴布置在一起。

本实用新型中，光源发出的光经耦合器进入发射光纤TF，并通过发射光纤TF穿透油液照射到反射面，反射面反射的光再由第1组接收光纤RF1接收，第1组接收光纤RF1的光功率随着油膜厚度d变化而变化；接收光纤RF1-1和RF1-2与发射光纤TF的轴间距不同，在相同油膜厚度情况下RF1-1和RF1-2接收光功率不同，接收光纤RF1-2和RF1-1的接收光功率之比M被油膜厚度d调制；

线性化的光纤传感器输出特性方程见式(1)：

M＝a₀+a₁d (1)

油膜厚度d，见式(2)：