一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，包括：由紧贴在封闭旋转轴内旋转轴表面上的热端、暴露在空气中并接有散热器的冷端、以及设在热端和冷端之间且由n个半导体对串联而成的闭合回路构成的自供能部件、用于发射固定波长的红外线信号的红外发射器、安装有基准温度传感器的红外接收装置和计算输出装置。本发明专利技术采用微结构设计，可以方便的安装在封闭的轴系零件的内表面；并且，通过自供能的无线传输实现了高速封闭旋转轴内部的径向温度场的测量，不需要电源供能，保证测量装置能够利用热能在无人值守的环境下长期正常工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于温度无线监测领域，具体涉及封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置。
技术介绍
轴是机械中的重要部件，其功用是支承转动零件及传递运动和动力；将轴和轴上零件进行周向固定并传递转矩的零件是键；轴承用于支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度和减少轴与支承间的摩擦和磨损，这些零件都属于轴系零件。这些零件在旋转的过程中周期性的摩擦发热，温度不断升高，对轴的工作环境造成很大影响，特别是对长期高速重载运转的高精度轴系零件而言，这种摩擦产生的热量是影响轴性能(刚度、精度、使用寿命) 的最主要因素之一。典型的例子如机床主轴，发电机主轴等。所以对这些轴系零件进行实时温度场的监测是十分有必要的，通过监测可以判断轴系零件的工作状况，进行故障的预防。由于轴系零件需长时间高速旋转，所以在其上安装测量装置并实现长期可靠测量具有较大难度。目前对于旋转轴温度检测的方法有1、通过安装在旋转部件上的温度传感器进行温度的实时采集，然后通过无线射频模块把温度数据用无线通讯的方式传输出来。 2、通过非接触式红外测温探头对旋转部件进行非接触式的温度实时采集，采集得到的温度直接通过数据线传输。方法1中，由于无线射频通讯需要较大能量，导致供电模块体积较大，不易安装，而且在高速旋转状态下，对主轴的平衡有一定的影响，而且在无线通讯中天线的安装对通讯质量的影响是非常巨大的，所以在轴系零件上如何安装天线也成为了影响无线射频通讯在轴系零件温度监测中大范围应用的问题之一。方法2中，采用的红外温度探头测量方法，是比较常用的非接触式的测量方法，但是无法测得封闭轴系零件的内部温度场分布，而且任何物体都会发出不同波长不同辐射能量的红外线，他们之间会相互影响， 所以封闭轴系零件内部的复杂环境会对测量精度产生影响。综上所述，设计一种合适的装置实现对于高速旋转封闭轴内温度场的长期、精确测量是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，无需电池等电源供电，实现了高速旋转封闭轴内温度场的长期有效测量。一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，包括自供能部件、用于发射固定波长的红外线信号的红外发射器、红外接收装置和计算输出装置，所述红外接收装置上安装有用于测量基准温度的基准温度传感器；所述自供能部件与红外发射器电连接，用于驱动所述红外发射器发射红外线信号；所述红外接收装置用于接收所述红外线信号并对其光强进行检测；所述计算输出装置与所述红外接收装置相连，用于接收所述光强信息和基准温度信息并计算封闭旋转轴的径向平面内的温度场信息后输出；其中，所述自供能部件由热端、冷端以及设在所述热端和冷端之间的闭合回路构成，所述热端紧贴在所述封闭旋转轴内旋转轴表面上，所述冷端暴露在空气中并接有散热器，所述闭合回路由η个半导体对串联组成，所述半导体对由紧密接合的N型半导体和P型半导体构成；所述红外接收装置安装在轴套内壁上。优选的技术方案中，所述的红外接收装置为若干个，并沿所述红外发射器周围的轴套内壁分布一周，这样在旋转轴不停旋转的任何时刻都可以接收到相应信号并精确获得封闭旋转轴的径向平面内的温度场信息。上述装置中，所述散热器用于散热，使得所述冷端温度不受所述热端的高温的影响，保持与空气温度一致。上述装置中，所述闭合回路中，每个半导体对中的N型半导体与相邻半导体对中的P型半导体相连，每一个半导体对中的P型半导体与另一相邻半导体对中的N型半导体相连。上述装置原理如下当封闭旋转轴旋转时，热端温度上升，由于在轴套的密闭环境中空气的导热率比较低，热端的温度大于冷端的温度，在热端和冷端存在温度差。根据热电效应，此时闭合回路中的各半导体对在热端处就会产电动势又称热电动势，N型半导体为高电势端，P型半导体为低电势端。由于闭合回路中各半导体对串联连接，所以闭合回路产生的电势差足够驱动红外发射器对外发射红外线信号，而且红外发射器向外发射的红外信号波长是固定的。根据该红外发射器的电气特性可知，光强和电动势差成正比，由于温度差增大， 电动势差就加大，因此光强和温度差成正比；红外接收装置接收所述红外线信号并对其光强进行检测；检测到的光强信息和由基准温度传感器测得的基准温度信息输入到计算输出装置，计算得到封闭旋转轴的径向平面内的温度场信息并即时输出。计算方法如下设热端和冷端的温度分别为Th和Tc，则热端和冷端的温度差ΔΤ = TH_TC。由热电效应公式可得在热端处，每个半导体对中N型半导体和P型半导体电压差为E' = α ΔΤ, 整个闭合回路所产生的电压为E = ηΕ' =ηα ΔΤ，其中α为塞贝克系数，η为闭合回路内半导体对的数量。设由自供能部件和红外发射器构成的系统内阻为R，则通过上述电压给红外发射器供电时，红外发射器的电流为I = E/R。由红外发射器的特性可以知道，红外信号的光强I。= β ，其中β为红外发射器的电气性能参数表示发射光强和电流的比值。而在红外接收装置中可以测得红外发射器所发出红外线波长的光强I。的大小，这样可以得到热端和冷端的温度差AT = Th-Tc=^0ηβαT -T设热端和冷端的距离为L，可得热流密度^ = Α」^^，其中k为材料热导系数。进一步，可以根据热流密度计算封闭旋转轴的径向平面内的温度场的分布情况。设安装在红外接收装置上的基准温度传感器测得的基准温度为TB，从热端到基准温度传感器的距离为H，那么，在与所述封闭旋转轴的轴线垂直的平面上任一点的温度Tx均可通过下式计算得到权利要求1.一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，其特征在于，包括自供能部件、用于发射固定波长的红外线信号的红外发射器、红外接收装置和计算输出装置，所述红外接收装置上安装有用于测量基准温度的基准温度传感器；所述自供能部件与红外发射器电连接，用于驱动所述红外发射器发射红外线信号；所述红外接收装置用于接收所述红外线信号并对其光强进行检测；所述计算输出装置与所述红外接收装置相连，用于接收所述光强信息和基准温度信息并计算封闭旋转轴的径向平面内的温度场信息后输出；其中，所述自供能部件由热端、冷端以及设在所述热端和冷端之间的闭合回路构成，所述热端紧贴在所述封闭旋转轴内的旋转轴表面上，所述冷端暴露在空气中并接有散热器， 所述闭合回路由η个半导体对串联组成，所述半导体对由紧密接合的N型半导体和P型半导体构成；所述红外接收装置安装在轴套内壁上。2.如权利要求1所述的封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，其特征在于，所述的红外接收装置为若干个，并沿所述红外发射器周围的轴套内壁分布一周。全文摘要本专利技术公开了一种封闭旋转轴内自供电无线温度场测量装置，包括由紧贴在封闭旋转轴内旋转轴表面上的热端、暴露在空气中并接有散热器的冷端、以及设在热端和冷端之间且由n个半导体对串联而成的闭合回路构成的自供能部件、用于发射固定波长的红外线信号的红外发射器、安装有基准温度传感器的红外接收装置和计算输出装置。本专利技术采用微结构设计，可以方便的安装在封闭的轴系零件的内表面；并且，通过自供能的无线传输实现了高速封闭旋转轴内部的径向温度场的测量，不需要电源供能，保证测量装置能够利用热能在无人值守的环境下长期正常工作。文档编号G01K7/01GK102384793SQ20111035691公开日2012年3月21日 申请日期20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅建中，李晟，姚鑫骅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：