一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法及装置制造方法及图纸

一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法及装置，属于油膜厚度测量领域，目的是本为了满足润滑油膜厚度测量技术的发展需求。本发明专利技术在深度连续变化的容器内注入含有荧光剂的润滑油，形成润滑油膜，润滑油膜上方覆盖有玻璃板；激光器发出的激光分成光强相等的两束，其中一束由激光探测器接收，另一束照射在容器内的润滑油膜上；利用CCD相机捕捉荧光信号，获得润滑油膜不同位置的荧光光强；确定润滑油膜不同位置的厚度，得到润滑油膜不同厚度对应的荧光光强，完成标定。本发明专利技术适用于润滑油膜厚度的测量。

A Method and Device of Lubricating Oil Film Thickness Calibration Based on LIF Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法及装置
本专利技术属于油膜厚度测量领域，具体涉及一种基于LIF技术的润滑油膜厚度测量技术。
技术介绍
润滑是指在相对运动的物体表面间加入润滑剂，以降低摩擦阻力，降低物体表面的磨损。流体润滑是最常见的润滑方式之一，由一层1.5～2微米以上的润滑油膜将两摩擦表面完全分开，摩擦产生自润滑油分子之间的内摩擦，可大大改善工作性能，降低由摩擦引起的功率损失，延长摩擦副的使用寿命。流体润滑被广泛应用于各种领域，齿轮，轴承，活塞等机械部件常添加微米级厚度的润滑油，分离接触面使部件平滑运动。随着工业生产水平的提高，机械设备的运行速度向着高速方向发展，承载能力也越来越大，因此设备的润滑情况越来越恶劣，润滑失效是机器运转出现故障的主要原因之一，因此需要对设备的润滑性能进行实时监测。合适的润滑油膜厚度是检验设备能否正常运行的指标，对润滑油膜厚度进行实时监测能帮助我们了解设备润滑情况的优劣，进而掌握设备的运行状态。电阻测量法与电容测量法都属于电学测量法，需要一个电绝缘平面或一个完全电隔离的接触单元来安装传感器，增加了结构的复杂性，且测量结果易受环境因素影响，因此难以广泛应用于工业领域中。而光学测试方法，具有精度高，测量装置易搭建，非接触测量等优点，能实现润滑油膜厚度的精准测量，被广泛应用在了航空航天等国防领域中。1980年，Ting使用配备了一个透明气缸的单缸发动机，并借此开发了一种技术来对活塞环润滑过程和发动机油损失机理进行可视化研究。1998年，Arcoumanis、Duszynski和Benoist等人使用激光诱导荧光技术测量了活塞环和缸套间润滑油膜厚度。Lavieille在2001年解决了LIF技术对荧光浓度的依赖性，同时也消除了Beer吸收的影响。随着众多专家和学者的不断研究，LIF技术已经成为测试领域中的主流手段。目前，激光诱导荧光(LIF)技术在润滑油膜厚度测试领域有着很好的表现，因此润滑油膜厚度标定对提高测量精度，提高动态响应特性具有重要意义。但是，润滑油膜厚度标定技术仍处于实验阶段，我们需要一种结构简单、易操作、实用性强的润滑油膜厚度标定方法及装置来弥补这一技术空白。
技术实现思路
本专利技术是为了满足润滑油膜厚度测量技术的发展需求，提供一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法及装置。本专利技术所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法包括以下步骤：步骤一、向深度连续变化的容器内注入含有荧光剂的润滑油，形成润滑油膜，润滑油膜上方覆盖有玻璃板；步骤二、控制激光器，使激光器发出波数为v的激光，并将所述激光分成光强相等的两束激光，其中一束由激光探测器接收，另一束照射在容器内的润滑油膜上；步骤三、利用CCD相机捕捉荧光信号，获得润滑油膜不同位置的荧光光强；步骤四、确定润滑油膜不同位置的厚度，得到润滑油膜不同厚度对应的荧光光强，完成标定。进一步地，步骤一中，所述玻璃板镀有激光和荧光的增透膜。进一步地，步骤一中，容器深度沿其长度方向连续变化，照射在润滑油膜上的激光为片光源。进一步地，容器深度沿容器长度方向连续增大或减小。本专利技术所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定装置包括：深度连续变化的容器7、激光器2、分光镜3、激光探测器4、玻璃板6以及CCD相机；所述容器7上方覆盖有玻璃板6，容器7内为含有荧光剂的润滑油膜；所述激光器2发出的激光经分光镜3分成两束功率相同的激光，一束由激光探测器4接收，另一束照射在容器7内的润滑油膜上；所述CCD相机用于捕捉荧光信号。进一步地，所述玻璃板6镀有激光和荧光的增透膜。进一步地，所述装置还包括片光整形器5，所述片光整形器5用于对照射在润滑油膜上的激光进行整形；所述容器7的深度沿其长度方向连续变化。进一步地，容器7的深度沿其长度方向连续增大或减小。在润滑油中加入一定浓度的荧光剂，荧光剂在激光的激发下可以发出荧光，不同厚度的润滑油膜会发出不同强度的荧光，根据比尔-兰伯特定律，润滑油膜厚度h与荧光强度I之间的关系如下式所示：I＝I0K(v)F(T,v)Ch(1)式中I0表示的是初始激光的光强，K(v)表示的是与激光波数有关的常数，F(T,v)表示的是与温度，激光波数有关的常数，C表示的是荧光剂的浓度。因此，I0，K(v)，F(T,v)，C都可视为已知量，根据荧光强度I即可计算出润滑油膜厚度h。本专利技术包括计算机系统，激光器，分光镜，激光探测器，片光整形器，上玻璃板，下玻璃板，CCD相机。计算机系统控制激光器，使其输出一定波数的激光。激光穿过分光镜后变成两束不同方向的激光，一束由激光探测器接收，另一束经过片光整形器后形成片光源。下玻璃板带有斜凹槽，向凹槽中添加含有荧光剂的润滑油，润滑油经激光照射后会发出荧光，并由CCD相机进行拍摄。计算机系统进行相关计算后，即可输出相应的标定结果。1、深度连续变化的容器可直接设置连续变化的润滑油膜厚度，无需通过塞尺使玻璃板的一端升起一定高度，克服了常规润滑油膜厚度设置方法中荧光不能垂直穿过玻璃板的缺点。2、LIF技术属于非接触式测量方法，对润滑油膜厚度不造成任何影响，从而提高了该技术本身的实用价值。3、所用玻璃板进行了镀膜处理，提高了透光率，进而保证标定结果的准确性。4、整个标定过程在暗光条件下进行，避免了环境因素对标定结果造成的影响。附图说明图1为本专利技术中容器的结构示意图；图2为本专利技术中油膜厚度计算原理示意图；图3为本专利技术所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定装置的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法为：步骤一、向深度连续变化的容器内注入含有荧光剂的润滑油，形成润滑油膜，所述润滑油膜上表面覆盖一层玻璃板；步骤二、控制激光器，使激光器发出波数为v的激光，并将所述激光分成光强相等的两束激光，其中一束由激光探测器接收，另一束照射在容器内的润滑油膜上；步骤三、利用CCD相机捕捉荧光信号，获得润滑油膜不同位置的荧光光强；步骤四、确定润滑油膜不同位置的厚度，得到润滑油膜不同厚度对应的荧光光强，完成标定。步骤一中，容器深度沿容器长度方向连续增大或连续减小，例如采用图1所示的楔形凹槽作为容器，其两端的深度为别为0和H，截面为三角形，可以很方便地计算出凹槽中各个位置的油膜厚度。照射在润滑油膜上的激光采用片光整形器进行整形，形成片光源，所述片光源至少覆盖润滑油膜一定厚度范围所对应的位置，图1中，片光源覆盖了润滑油膜所有厚度所对应的位置。具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定装置包括：深度连续变化的容器7、激光器2、分光镜3、激光探测器4、玻璃板6以及CCD相机8；容器7的深度沿其长度方向连续增大或减小，例如采用图1所示的楔形凹槽作为容器，凹槽底部是倾斜的，凹槽两端的深度为别为0和H，截面为三角形，可以很方便地计算出凹槽中各个位置的油膜厚度，计算原理如图2所示，斜凹槽长为L，右端深为H，根据三角形相似准则，距斜凹槽左端l处所对应的润滑油膜厚度h为故可设置厚度在零至H范围内连续变化的润滑油膜。所述容器7为润滑油膜，润滑油膜内含有浓度为C的荧光剂，润滑油膜上方覆盖有玻璃板6。所述激光器2发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、向深度连续变化的容器内注入含有荧光剂的润滑油，形成润滑油膜，润滑油膜上方覆盖有玻璃板；步骤二、控制激光器，使激光器发出波数为v的激光，并将所述激光分成光强相等的两束激光，其中一束由激光探测器接收，另一束照射在容器内的润滑油膜上；步骤三、利用CCD相机捕捉荧光信号，获得润滑油膜不同位置的荧光光强；步骤四、确定润滑油膜不同位置的厚度，得到润滑油膜不同厚度对应的荧光光强，完成标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、向深度连续变化的容器内注入含有荧光剂的润滑油，形成润滑油膜，润滑油膜上方覆盖有玻璃板；步骤二、控制激光器，使激光器发出波数为v的激光，并将所述激光分成光强相等的两束激光，其中一束由激光探测器接收，另一束照射在容器内的润滑油膜上；步骤三、利用CCD相机捕捉荧光信号，获得润滑油膜不同位置的荧光光强；步骤四、确定润滑油膜不同位置的厚度，得到润滑油膜不同厚度对应的荧光光强，完成标定。2.根据权利要求1所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法，其特征在于，步骤一中，所述玻璃板镀有激光和荧光的增透膜。3.根据权利要求1或2所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方法，其特征在于，步骤一中，容器深度沿其长度方向连续变化，照射在润滑油膜上的激光为片光源。4.根据权利要求3所述的一种基于LIF技术的润滑油膜厚度标定方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓涛，贺彦博，郭奥，刘晓楠，穆彦龙，姜子印，张子建，谌绍天，乔天旭，王国水，于子宁，鲁同阁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23