基于双光路的在线油液监测传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种油液监测传感器。基于双光路的在线油液监测传感器，其特征是：Ｙ型光纤耦合器（２）的输入端由光纤与光源（１）相连，Ｙ型光纤耦合器（２）的输出端分为二路，分别与二路入射光纤（１１）的一端相连，一路入射光纤（１１）的另一端与自聚焦透镜（３）相接触，另一路入射光纤（１１）的另一端与自聚焦透镜（５）相接触，自聚焦透镜（５）位于参考油池（７）的前方，自聚焦透镜（６）位于参考油池（７）的后方，出射光纤（１２）的一端与自聚焦透镜（６）相接触，出射光纤（１２）的另一端与光探测器（９）相连，光探测器（９）由数据线与计算机相连接，参考油液位于参考油池（７）内。它具有油液污染度在线监测的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤在线油液监测传感器。
技术介绍
油液监测技术是一种有效的工况监测和故障诊断的方法，它通过采集设备的润滑油或工作介质的样品，利用光、电、磁学等手段，分析样品的理化指标和携带的设备摩擦副的磨损和污染物颗粒，定性和定量地描述设备的磨损状态(包括部位、形式、程度)，找出诱发因素，并预测发展趋势。油液监测技术主要包括油液中磨损微粒分析技术和油液本身的物理化学性能及状态分析两部分。传统的油液监测技术主要是采用离线取样的分析方法。离线取样分析需要昂贵的精密仪器(如精密电子天平、显微镜和自动颗粒计数器等)，且检测时间长。在线油液监测技术通过安装在油液管路(旁路)中的传感器，利用光、电、磁学等手段采集设备的润滑油或工作介质的状态信息，分析样品的携带的设备摩擦副的磨损和污染物颗粒和污染指标，定性和定量地描述设备的磨损状态(包括部位、形式、程度)，找出诱发因素，并预测发展趋势。在线油液监测技术主要包括信息采集技术和信息处理技术。在线油液监测技术的信息采集部分主要由在线监测的核心部分传感器和分析处理单元组成。包括如下内容1)监测参数的选择对所要监测的设备进行分析，选定具体的监测参数，如温度、压力、污染度等；2)信号获取通过传感器将反映油液的状态信息(如光、电和声等)转换成可供采集的电信号；3)信号的传输由传感器采集并传出的信号一般是比较微弱的，因此需要采用信号放大器对信号进行放大；4)信号的转换对一些需要采用数字信号的信息处理系统，还需使用A/D转换器将传感器采集的模拟信号转换成数字信号。对机械设备的油液进行在线监测，是机械设备维护和故障早期诊断及预防的有效措施之一。在线油液监测通过收集在用润滑油中所含的有关状态信息，对机械运行状况进行分析判断和磨损故障的诊断。在线监测系统的关键在于传感器的选择，根据传感器的工作原理不同，油液在线监测可方法分为以下几类压差及流量分析法、电学方法、磁性方法、光学方法、声学方法和其它方法。光学方法激光入射到具有一定粒度分布的颗粒时将出现夫琅和费衍射现象。当光照射到悬浮液时，一部分被吸收，另一部分则发生散射，剩下的直接穿过油液，被光敏接收元件接收，当入射光的光强一定时，通过测量分析输出的光强可以得出油液的污染度。采用光学方法开发的传感器中最具代表性的是美国海军研究所的光学技术部开发的LaserNet Fines光学磨粒监测仪。该系统可用于离线分析，也可用于在线监测。另外还有美国生产的HIAC/ROYCO光电型磨粒在线监测仪和日本生产的一种利用“积分球”油液污染在线监测仪。光学方法传统的单通道测量结构由光源、光纤探头、透镜、光探测器、数据采集和信号处理等部分组成如图1所示。在图1中，由光源产生的光通量I0，通过光导纤维和透镜将光准直引入测量区域，即布置于光路上的样品区域。油液管路中装有石英玻璃作为观察窗口，未被颗粒散射和吸收的部分出射光由透镜会聚，经第二根光纤导出到光探测器单元，即光电接收管的光敏表面上。利用光电信号放大器可以测量出载有信息的光通量。在单通道系统中，直接测量光通量值；但是单通道测量方法在实际中是很难获得应用。入射光强I0实际上指干净油通过时的光强，而必须测定该值才能按照公式(Bouguer-Lambert吸收定律I＝I0e-τL)求出反映油液污染度的参数。因为现场中油样不同，或由于激励电流不同而导致光源强度不同，即出现不同的入射光强I0。另一方面对于在线检测系统，油液管路中总有颗粒存在即无法测出无颗粒时的入射光强I0值，而且样品池的玻璃片极易受到污染而改变入射光强。测量影响因素分析采用光强调制方式单通道传感器测量油液污染度需考虑以下几点因素(1)入射光强测定困难在目前的光强调制传感器一般采用单光路通道进行测量。但要实现在线连续监测，则必须获得入射光强，而实际上是很难获得入射光强的大小。(2)油液颜色的影响由于光学测量受油液颜色的影响比较大，所以测定样品中颜色的不均匀性可能导致数据的波动，造成测量误差。除上述几点因素外，光源的电源波动、外界杂散光以及光纤耦合处的振动等干扰也将导致测量结果的不稳定。因此，本文提出一种带参考光路的光纤油液监测传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种油液污染度在线监测的基于双光路的在线油液监测传感器。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是基于双光路的在线油液监测传感器，它包括光源1、自聚焦透镜3、测量油池8、自聚焦透镜4、光探测器10、入射光纤、出射光纤，入射光纤的一端与光源1相连接，入射光纤11的另一端与自聚焦透镜3相接触，自聚焦透镜3位于测量油池8的前方，自聚焦透镜3与测量油池8由光纤相连通，自聚焦透镜4位于测量油池8的后方，自聚焦透镜4与测量油池8由光纤相连通，出射光纤的一端与自聚焦透镜4相接触，出射光纤的另一端与光探测器10相连，光探测器10由数据线与计算机相连接；其特征是Y型光纤耦合器2的输入端由光纤与光源1相连，Y型光纤耦合器2的输出端分为二路，分别与二路入射光纤11的一端相连，一路入射光纤11的另一端与自聚焦透镜3相接触，另一路入射光纤11的另一端与自聚焦透镜5相接触，自聚焦透镜5位于参考油池7的前方，自聚焦透镜5与参考油池7由光纤相连通，自聚焦透镜6位于参考油池7的后方，自聚焦透镜6与参考油池7由光纤相连通，出射光纤12的一端与自聚焦透镜6相接触，出射光纤12的另一端与光探测器9相连，光探测器9由数据线与计算机相连接，参考油液位于参考油池7内。所述的光源1，为单色性好的发光二极管。所述的Y型耦合器2为1∶1的耦合器。所述的参考油池7、测量油池8的壳体为石英玻璃。所述的参考油池7和测量油池8为材料、规格、制作工艺均一致的油池。本专利技术只使用一个光源，光源的光强可以通过光源驱动电路的可变电阻进行调节。由光源发出的光通过Y型耦合器2将光分成等强度的两束光，其中一路光通过自聚焦透镜3耦合进参考油池7，从参考油池7透射出来的光由参考信号的光探测器9将其转换成电流信号，通过信号放大和传输系统将信号传输到计算机或信号测量系统中，完成参考信号信号的采集工作。与此同时，另一路光通过自聚焦透镜3耦合进测量油池8，从测量油池8透射出来的光由测量信号的光探测器10将其转换成电流信号，通过信号放大和传输系统将信号传输到计算机或信号测量系统中，完成测量信号的采集工作，最后通过信号处理系统，可以得出表征油液污染度的量。目前的光强调制传感器一般采用单光路进行测量。但要实现在线连续监测，则必须获得入射光强，但实际上是很难获得入射光强的大小。因此本系统采用双光路的测量方法，通过检测光纤通过测量油池的光强和参考油池的光强，分析两路信号的相关性获得有效的信息。采用带参考光路的测量方式也消除了光源波动和元件温漂、时漂的影响。本专利技术的有益效果是，双光路光纤在线油液在线监测传感器不需测定入射光强的强度，可以克服由于激励电流不同而导致光源强度不同的问题，同时可以克服不同的油液颜色对光的透射率不同的影响，可以直接接入润滑系统中，实现对油液污染度的在线监测。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为现有的单通道测量结构2是本专利技术的原理3是在线监测测量系统结构4是传感器的测量探头结构5是本专利技术的光源LED驱动电路6是本专利技术的光电探测电路的光电二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双光路的在线油液监测传感器，它包括光源（１）、自聚焦透镜（３）、测量油池（８）、自聚焦透镜（４）、光探测器（１０）、入射光纤、出射光纤，入射光纤的一端与光源（１）相连接，入射光纤（１１）的另一端与自聚焦透镜（３）相接触，自聚焦透镜（３）位于测量油池（８）的前方，自聚焦透镜（３）与测量油池（８）由光纤相连通，自聚焦透镜（４）位于测量油池（８）的后方，自聚焦透镜（４）与测量油池（８）由光纤相连通，出射光纤的一端与自聚焦透镜（４）相接触，出射光纤的另一端与光探测器（１０）相连，光探测器（１０）由数据线与计算机相连接；其特征是：Ｙ型光纤耦合器（２）的输入端由光纤与光源（１）相连，Ｙ型光纤耦合器（２）的输出端分为二路，分别与二路入射光纤（１１）的一端相连，一路入射光纤（１１）的另一端与自聚焦透镜（３）相接触，另一路入射光纤（１１）的另一端与自聚焦透镜（５）相接触，自聚焦透镜（５）位于参考油池（７）的前方，自聚焦透镜（５）与参考油池（７）由光纤相连通，自聚焦透镜（６）位于参考油池（７）的后方，自聚焦透镜（６）与参考油池（７）由光纤相连通，出射光纤（１２）的一端与自聚焦透镜（６）相接触，出射光纤（１２）的另一端与光探测器（９）相连，光探测器（９）由数据线与计算机相连接，参考油液位于参考油池（７）内。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严新平，高慧良，周新聪，吕植勇，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]