本发明专利技术公开了一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置及其装配方法和与被测量轴承的方法；该测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置可用来测量海上工作平台升降系统齿轮箱单元轴承温度，其包括光纤保护外壳、金属基座、毛细管和温度测量光纤，光纤保护外壳上设有多个凹槽，金属基座上设置有基座通孔，温度测量光纤上刻有多个温度测量栅区，该温度测量栅区封装在毛细管中；毛细管封装在金属基座中，金属基座置于光纤保护外壳的部分凹槽内。本发明专利技术的传感装置具有测量精度高、结构简单、长期稳定性好、便于拆卸、耐腐蚀性好、抗电磁干扰、易于实现分布式测量且能应用于海工平台齿轮箱轴承的测量等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置及其装配方法和与被测量轴承的方法
本专利技术涉及温度检测领域，具体地说是一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置，用于测量海上工作平台升降系统齿轮箱单元的轴承温度。
技术介绍
海工自升式平台用于海上作业，其结构比较复杂，而且体积非常庞大。该平台经常遭受着海风、海流和潮汐等力的作用，海上腐蚀现象比较严重，材料容易受到破坏，因而其运行工况远非陆地结构工况所能比拟。因此，海工升降平台的设备需要具有较高的可靠性。海工自升式平台升降系统齿轮箱单元是自升式海洋平台中一种必不可少的连接和传递动力的主要单元，起着至关重要的作用：如若齿轮箱单元出现故障，引发的平台工作组停工时间较长，造成的巨大的经济损失，且齿轮箱自身的维护成本较高，因此对海洋升降平台起升系统齿轮箱单元的监测研究存在着非常重要的意义，而轴承温度的检测是对海洋升降平台齿轮箱单元检测系统中极为重要的一环。进一步，轴承是海工平台齿轮箱单元中关键的零部件之一，其性能直接影响着旋转机械的性能与寿命。在轴承测试中，轴承温度测试是轴承测试的主要内容之一。轴承温度变化梯度对于研究轴承润滑、承载等性能及寿命有着重要的意义。海工齿轮箱单元轴承的温升及温度分布状态直接影响着整个工作平台的工作性能和使用寿命。轴承转速的不断提高,则会导致轴承摩擦生热急剧增加,如果热量得不到及时有效地散发,轴承内部的温度将会异常升高。温度过高则会导致轴承内部零件表面灼伤甚至相互胶合、咬死而早期报废,后果十分严重。特别是摩擦生热的急剧增加将导致轴承工作温度异常升高,并且海工平台齿轮箱单元高速轴轴承的温度分布是整个齿轮箱单元中转速最高的轴承，也是最需要进行温度检测的轴承,只有掌握了在不同工况下轴承系统内部的温度分布及其影响,才能对其进行合理的润滑与冷却。目前轴承温度测试中多数采用热电偶、红外温度传感器或者热成像技术等，仅针对静止的轴承套圈测试有效。热电偶技术不能用于轴承旋转时的测试，红外和热成像技术不能实现旋转轴承套圈多点测试。目前，还没有专门针对旋转轴承多点测试的光纤光栅轴承温度传感装置，特别是适用于海上工作平台的光纤光栅轴承温度测量的传感装置。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置，适用海工升降平台。该装置克服了现有技术的不足，该装置结构简单、安装牢靠、便于装卸，具有测量精度高，抗电磁干扰能力强，抗干扰能力强等优点。本专利技术的另一目的是提供了测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置的装配方法，本专利技术的另一目的是提供了测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置与被测量轴承的方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置。该装置具有光纤保护外壳、金属基座、毛细管和温度测量光纤，光纤保护外壳上设有多个凹槽，金属基座上设置有基座通孔；温度测量光纤上刻有多个温度测量栅区；温度测量栅区封装在所述毛细管中；所述毛细管封装在所述金属基座中；金属基座置于光纤保护外壳的部分凹槽内。优选的是，当温度发生变化时，温度测量栅区的中心波长变化满足：其中，ξ为光纤光栅的热光常熟，n为光栅光芯的有效折射率，α为光纤光栅的热膨胀系数，ΔT为温度的变化量。优选的是，测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置还包括有保护套管，相邻两个温度测量栅区之间的温度测量光纤为非温度测量栅区，至少部分非温度测量栅区封装于保护套管内，所述部分非温度测量栅区为未封装于毛细管内的部分温度测量光纤；进一步，多个温度测量栅区直接刻在一条长的温度测量光纤上，而不是通过单独的栅区熔接的方式进行串联，这样可以极大的降低光纤在工作时的损耗；从而实现分布式多点测量；且所有的温度测量栅区的材料和尺寸都基本相同。优选的是，光纤保护外壳的凹槽分为方形凹槽和弧形凹槽，方形凹槽和弧形凹槽连通，金属基座置于方形凹槽内，护套管置于弧形凹槽内；进一步，方形凹槽和弧形凹槽分别为多个，且依次间隔设置于光纤保护外壳上。优选的是，光纤保护外壳上还设置有光纤导出通道，光纤导出通道用于导出温度测量光纤。优选的是，光纤导出通道的横截面呈弧形，用以减少温度测量光纤在导出时的弯曲程度，使光纤传感器光损尽可能的降到最低。优选的是，温度测量栅区的长度应为10±1mm，且温度测量栅区无涂覆层，以减少光栅区域应变的非均匀分布而导致的光纤光栅低温啁啾现象，温度测量栅区被封装与毛细管的中心区域，毛细管中充满导热剂，以保证传热过程的均匀和稳定。毛细管以外的光纤用保护套管进行封装，毛细铜管和保护套管之间采用环氧树脂胶进行封装连接。优选的是，毛细管为毛细铜管。优选的是，毛细铜管的内径为8至1.5mm，优选内径为1.2mm。毛细管过小不易于光纤的套入；过大会降低其点胶后的密封性和稳固性，其长度应大于光纤栅区部分的长度，保证将栅区完全封入其中；温度测量栅区被封装在毛细铜管中时，保持松弛状态，避免毛细铜管受热产生形变，导致温度测量栅区受到应变的影响。优选的是，轴承为海上工作平台升降系统齿轮箱单元的轴承。进一步，保护套管具有耐腐蚀性，优选采用收缩比为2:1的辐照交联特种含氟聚合物PVDF制成，具有优异的耐化学腐蚀和耐溶剂性能，绝缘性好，保证了光纤的密封性，隔绝了液体，防止带腐蚀性的液体直接接触而腐蚀了光纤。根据本专利技术的另一方面，提供了一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置的装配方法。具体在于：将温度测量栅区封装进毛细管后，将毛细管置于金属基座的基座通孔中；在毛细管和基座通孔之间的缝隙填充导热剂；待导热剂填充完成后，为了防止导热剂的泄露，在基座通孔处加上密封端盖，基座通孔和密封端盖采用环氧树脂胶连接。进一步，在将毛细管封装进金属基座后，将金属基座放置于光纤保护外壳的方形凹槽中、保护套管置于弧形凹槽中；温度测量光纤最后从光纤保护外壳的光纤导出通道导出后，再与解调仪或其他解调设备连接。根据本专利技术的另一方面，提供了一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置与被测量轴承的方法，将光纤保护外壳通过光纤旋转连接器或螺栓安装至被测轴承外环的内圈上或内环的外圈上。进一步，当光纤保护外壳与被测量轴承之间采用螺栓连接时，光纤保护外壳上开有两个M4.0和三个M3.0的螺栓孔，在被测轴承相应的位置开同样尺寸的螺栓孔，在对光纤保护外壳进行开孔时注意M3的螺栓孔开孔位置应避开弧形凹槽。该光纤光栅分布式装置并不是采用胶结的方式与轴承连接，而是采用光纤保护外壳来固定金属基座。保护外壳与被测量轴承将采用螺栓连接，使整套装置更为稳定，使用寿命更长，并具有便于拆卸的特点。该安装方案克服了海工升降平台重载轴承在工作时润滑油转动飞溅对传感器的影响，使测量结果更为准确。与现有技术相比，本专利技术公开的测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置至少具有以下有益效果：1.传统的光纤光栅轴承传感器都是在轴瓦上进行开槽处理预埋传感器或在轴承座上直接粘贴，一方面操作难度较为复杂，可行性低，且无法进行拆卸更换，另一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置，具有光纤保护外壳(1)、金属基座(2)、毛细管温度测量光纤(14)，其特征在于：所述光纤保护外壳(1)上设有多个凹槽，所述金属基座(2)设置有基座通孔(7)；/n所述温度测量光纤(14)上刻有多个温度测量栅区(9)；/n所述温度测量栅区(9)封装在所述毛细管中；/n所述毛细管封装在所述金属基座(2)中；/n所述金属基座(2)置于光纤保护外壳(1)的部分凹槽内。/n
【技术特征摘要】
1.一种测量轴承温度的光纤光栅分布式传感装置，具有光纤保护外壳(1)、金属基座(2)、毛细管温度测量光纤(14)，其特征在于：所述光纤保护外壳(1)上设有多个凹槽，所述金属基座(2)设置有基座通孔(7)；
所述温度测量光纤(14)上刻有多个温度测量栅区(9)；
所述温度测量栅区(9)封装在所述毛细管中；
所述毛细管封装在所述金属基座(2)中；
所述金属基座(2)置于光纤保护外壳(1)的部分凹槽内。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，当温度发生变化时，所述温度测量栅区(9)的中心波长变化满足：
其中，ξ为光纤光栅的热光常熟，n为光栅光芯的有效折射率，α为光纤光栅的热膨胀系数，ΔT为温度的变化量。
3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，还包括有保护套管(10)，相邻两个温度测量栅区(9)之间的温度测量光纤为非温度测量栅区，至少部分非温度测量栅区封装于保护套管(10)内，所述部分非温度测量栅区为未封装于毛细管内的部分温度测量光纤(14)。
4.根据权利要求3所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，所述光纤保护外壳(1)的凹槽分为方形凹槽(5)和弧形凹槽(6)，所述方形凹槽(5)和所述弧形凹槽(6)连通，所述金属基座(2)置于方形凹槽(5)内，所述保护套管(10)置于弧形凹槽(6)内。
5.根据权利要求4所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，所述方形凹槽(5)和弧形凹槽(6)分别为多个，且依次间隔设置于所述光纤保护外壳(1)上。
6.根据权利要求4或5所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，所述光纤保护外壳(1)上还设置有光纤导出通道(3)，所述光纤导出通道(3)用于导出温度测量光纤(14)。
7.根据权利要求6所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，所述光纤导出通道(3)的横截面呈弧形，用以减少温度测量光纤(14)在导出时的弯曲程度。
8.根据权利要求3所述的光纤光栅分布式传感装置，其特征在于，所述温度测量栅区...
【专利技术属性】
技术研发人员：李光远，胡业发，吴平平，周祖德，陆军，宋春生，刘会涛，杨鹏飞，马振军，吴韩，
申请(专利权)人：广东精铟海洋工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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