本发明专利技术提供一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统及方法。本发明专利技术系统，包括：旋塞式光纤传感器、LD光源、光纤耦合器、光电探测器、信号处理电路以及计算机，其中：旋塞式光纤传感器用于利用双FBG探针监测轴瓦和止推片之间的轴瓦油膜的温度和压力；LD光源和光纤耦合器分别用于为双探针提供稳定的分布式反馈激光光源；光电探测器用于将带有检测数据的光信号转化为电信号；信号处理电路用于将电信号转换为数字信号并传输至计算机，从而获得轴瓦油膜的压力和温度的变化信息。本发明专利技术使用旋塞式光纤传感器对油膜温度和压力同时测量，减少了在轴瓦上开孔，具有体积小、稳定性好、灵敏度高和抗电磁干扰能力强等优点。和抗电磁干扰能力强等优点。和抗电磁干扰能力强等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统及方法
[0001]本专利技术涉及轴瓦油膜状态实时测量
，具体而言，尤其涉及一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统及方法。
技术介绍
[0002]轴瓦是滑动轴承摩擦副的重要组成之一，在滑动轴承工作时，于轴瓦和止推片之间形成润滑油膜，起到对摩擦副的冷却和润滑作用。油膜的状态很大程度上反映了设备的运行状态，若油膜的温度和压力过高，会造成轴瓦的温度剧烈上升并出现局部变形，严重时将导致轴瓦损毁，影响设备的正常运行。因此，对轴瓦油膜压力和温度进行稳定精确的实时测量意义重大。
[0003]传统的推力滑动轴承油膜压力和温度实时测量方法主要采用半导体和分布式光纤作为传感单元，通过在轴瓦表面多处开孔安装传感单元，来监测轴瓦各处油膜的实时温度和压力。然而半导体元件易损坏，信号传输时易受电磁辐射干扰，而且其阻值信号与温度和压力信号之间存在较强的非线性关系，耐用度和测量精度较差。分布式光纤的传感性能较好，但主要存在安装不便和对轴瓦表面破坏性大等缺点。光纤布拉格光栅(FBG)是一种对外界环境中温度、应变等的变化十分敏感的光学结构，相应的FBG探针体积小且稳定性好，在保证传感精度的同时可以实现多探针集成。因此，通过双FBG探针集成结构来实时测量轴瓦油膜压力和温度，能够有效解决传统测量方法的缺点，具有较高的工程应用价值。
技术实现思路
[0004]根据上述提出的技术问题，提供一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统及方法。本专利技术对单个旋塞式光纤传感器集成了油膜温度和压力测量功能，减少在轴瓦上开孔，具有体积小，稳定性好，灵敏度高和抗干扰能力强等优点。通过在轴瓦上均布多个旋塞式光纤传感器，可精准反馈轴瓦油膜整体的实时状态，避免轴瓦损坏造成设备故障。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，包括：旋塞式光纤传感器、LD光源、光纤耦合器、光电探测器、信号处理电路以及计算机，其中：
[0007]所述旋塞式光纤传感器，用于利用双FBG探针监测轴瓦和止推片之间的轴瓦油膜的温度和压力；
[0008]所述LD光源和光纤耦合器，分别用于为双探针提供稳定的分布式反馈激光光源；
[0009]所述光电探测器，用于将带有检测数据的光信号转化为电信号；
[0010]所述信号处理电路，用于将电信号转换为数字信号并传输至计算机，从而获得轴瓦油膜的压力和温度的变化信息。
[0011]进一步地，所述旋塞式光纤传感器包括轴瓦旋塞和FBG温度压力传感器，其中：
[0012]所述轴瓦旋塞，由导热性良好的铜加工而成，内部设置有阶梯孔与螺纹，沉头外缘设置有密封环，端面薄层随所受压力的变化发生微小形变；
[0013]所述FBG温度压力传感器，通过螺纹旋入轴瓦旋塞内部，并利用固定螺杆的螺头下沿控制旋入的深度，从而确定传感器相对于旋塞的初始位置，即测量零点。
[0014]进一步地，所述FBG温度压力传感器包括测压单元、接头、测温单元、固定螺杆和限位旋钮，其中：
[0015]所述测压单元，用于测量轴瓦油膜的压力信息，包括顶帽、限位圆筒、压力FBG探针、弹簧和底座；
[0016]所述接头，包括内螺纹、外螺纹和通孔，内螺纹用于连接测压单元，外螺纹用于连接固定螺杆，通孔用于引出光纤；
[0017]所述测温单元，用于测量轴瓦油膜的温度信息，包括固定圆筒和温度FBG探针；
[0018]所述固定螺杆，包括内螺纹、外螺纹以及内孔，螺头端的内螺纹用于连接限位旋钮，另一端的内螺纹用于连接接头，内孔用于放入测温单元，外螺纹用于连接轴瓦旋塞；
[0019]所述限位旋钮，包括外螺纹，外螺纹用于连接固定螺杆。
[0020]进一步地，在所述测压单元中：
[0021]所述顶帽和底座由高强度碳钢制成，端面具有弹簧插孔，内部具有阶梯孔；
[0022]所述压力FBG探针嵌入在顶帽和底座的阶梯孔内，并向孔内注入环氧树脂加以固定；
[0023]所述限位圆筒的顶部设置有限位环，用于在安装时对弹簧限位；所述限位圆筒的底部设置有圆槽和外螺纹，用于嵌入底座并与接头连接。
[0024]进一步地，所述顶帽外形呈阶梯状，所述顶帽的最大外径小于所述限位圆筒的内径。
[0025]进一步地，所述接头、固定螺杆、限位旋钮、限位圆筒以及固定圆筒均由导热性良好的铜加工而成。
[0026]本专利技术还提供了一种基于上述同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统的装配方法，包括：
[0027]S1、装配测压单元：
[0028]标记压力FBG探针传感区末端后，将压力FBG探针的端部嵌入顶帽的阶梯孔内，利用注射器向阶梯孔内注入环氧树脂并固化；
[0029]将弹簧的一端插在顶帽的固定孔内；
[0030]将光纤另一端伸入底座的阶梯孔内；
[0031]将弹簧的另一端插在底座的弹簧插孔内；
[0032]使压力FBG探针的标记处与底座的端面平齐，利用注射器向底部阶梯孔内注入环氧树脂并固化；
[0033]将安装为一体的弹簧、压力FBG探针、顶帽和底座从限位圆筒的外螺纹端放入其内孔，使底座的端面嵌入限位圆筒的圆槽内，完成测压单元的安装；
[0034]S2、装配测温单元：
[0035]标记温度FBG探针的传感区末端后，将温度FBG探针插入固定圆筒的阶梯孔内，使温度FBG探针的端部与固定圆筒的一侧端面平齐，标记处与另一端面平齐，利用注射器向阶梯孔内注入环氧树脂并固化，完成测温单元的安装；
[0036]S3、装配FBG温度压力传感器：
[0037]将限位圆筒的外螺纹端与接头的内螺纹端连接；
[0038]将固定螺杆的小径端与接头的外螺纹端连接；
[0039]将固定圆筒从固定螺杆的螺头端放入其内孔；
[0040]将限位旋钮与固定螺杆的螺头端连接，完成FBG温度压力传感器的装配；
[0041]S4、装配旋塞式光纤传感器：
[0042]将FBG温度压力传感器与轴瓦旋塞的内螺纹端连接，完成旋塞式光纤传感器的装配。
[0043]本专利技术还提供了一种基于上述同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统的测量方法，包括：
[0044]在设备运转时，轴瓦的表面和止推片的端面之间形成润滑油膜；
[0045]轴瓦旋塞的端面薄层因油膜压力将向下发生微小应变，与薄层接触的顶帽随之下移，弹簧被压缩，使固定在顶帽和底座之间的压力FBG探针随之发生应变；
[0046]同时，轴瓦旋塞的沉头端面与待测油膜直接接触，油膜至温度FBG探针的传热路径均为导热性能良好的铜材质，故固定圆筒内壁的温度近似为油膜温度；
[0047]压力和温度FBG探针内布拉格光栅的中心波长将分别随应变和温度变化，从而将油膜的压力和温度信号转变为光信号，经过数据处理后获得油膜压力和温度的实时变化信息。
[0048]较现有技术相比，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，其特征在于，包括：旋塞式光纤传感器(6)、LD光源(5)、光纤耦合器(4)、光电探测器(3)、信号处理电路(2)以及计算机(1)，其中：所述旋塞式光纤传感器(6)，用于利用双FBG探针监测轴瓦(7)和止推片(9)之间的轴瓦油膜(8)的温度和压力；所述LD光源(5)和光纤耦合器(4)，分别用于为双探针提供稳定的分布式反馈激光光源；所述光电探测器(3)，用于将带有检测数据的光信号转化为电信号；所述信号处理电路(2)，用于将电信号转换为数字信号并传输至计算机(1)，从而获得轴瓦油膜(8)的压力和温度的变化信息。2.根据权利要求1所述的同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，其特征在于，所述旋塞式光纤传感器(6)包括轴瓦旋塞(10)和FBG温度压力传感器(11)，其中：所述轴瓦旋塞(10)，由导热性良好的铜加工而成，内部具有阶梯孔与螺纹，沉头外缘具有密封环，端面薄层随所受压力的变化发生微小形变；所述FBG温度压力传感器(11)，通过螺纹旋入轴瓦旋塞内部，并利用固定螺杆(15)的螺头下沿控制旋入的深度，从而确定传感器相对于旋塞的初始位置，即测量零点。3.根据权利要求2所述的同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，其特征在于，所述FBG温度压力传感器(11)包括测压单元(12)、接头(13)、测温单元(14)、固定螺杆(15)和限位旋钮(16)，其中：所述测压单元(12)，用于测量轴瓦油膜(8)的压力信息，包括顶帽(17)、限位圆筒(18)、压力FBG探针(19)、弹簧(20)和底座(21)；所述接头(13)，包括内螺纹、外螺纹和通孔，内螺纹用于连接测压单元(12)，外螺纹用于连接固定螺杆(15)，通孔用于引出光纤；所述测温单元(14)，用于测量轴瓦油膜(8)的温度信息，包括固定圆筒(22)和温度FBG探针(23)；所述固定螺杆(15)，包括内螺纹、外螺纹以及内孔，螺头端的内螺纹用于连接限位旋钮(16)，另一端的内螺纹用于连接接头(13)，内孔用于放入测温单元(14)，外螺纹用于连接轴瓦旋塞(10)；所述限位旋钮(16)，包括外螺纹，外螺纹用于连接固定螺杆(15)。4.根据权利要求3所述的同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，其特征在于，在所述测压单元(12)中：所述顶帽(17)和底座(21)由高强度碳钢制成，端面具有弹簧(20)插孔，内部具有阶梯孔；所述压力FBG探针(19)嵌入在顶帽(17)和底座(21)的阶梯孔内，并向孔内注入环氧树脂加以固定；所述限位圆筒(18)的顶部具有限位环，用于在安装时对弹簧(20)限位；所述限位圆筒(18)的底部具有圆槽和外螺纹，用于嵌入底座(21)并与接头(13)连接。5.根据权利要求3所述的同时测量旋塞式轴瓦油膜压力和温度的系统，其特征在于，所述顶帽(17)外形呈阶梯状，所述顶帽(17)的最大外径小于所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永欣，张翔宇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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