[發明專利]基于光纖光柵的內燃機主軸承內表面應力和溫度監測方法

有效

• 申請號: 201310263852.5
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103411550A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙秀栩;黃安健;胡志祥;胡喆旻
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

技術領域

本發明屬于內燃機領域，具體涉及一種基于光纖光柵的內燃機主軸承內表面應變和溫度監測方法。?

背景技術

在內燃機曲軸系中，主軸承的作用是支承曲軸，保證曲軸的工作軸線，使曲軸在轉動中以小的摩擦和磨損傳遞動力。在內燃機工作過程中，主軸承受到來自曲軸的氣體力和慣性力的作用，以及由于曲軸軸頸在主軸承中轉動而產生的摩擦力作用，因此主軸承承受著的負荷很大。此外，主軸承工作表面與軸頸工作表面之間的相對運動速度很高，除造成軸承磨損外還使軸承發熱；機油在使用中的氧化變質，使軸承遭到腐蝕。因此，內燃機主軸承的工作條件比較惡劣。?

為了保證內燃機正常工作，必須使內燃機軸承內表面保持良好的潤滑狀態，對內燃機軸承的結構進行優化設計十分重要。其中，一個極為重要的關鍵是機油槽設計，包括油孔的開設位置，油槽深度和寬度尺寸參數的確定等。準確地了解內燃機工作過程中主軸承表面的溫度和應變分布狀況是確定這些參數的重要依據。但是，由于該部位的結構空間所限，目前還缺乏主軸承表面的溫度和應變分布狀況的直接監測數據，上述參數的確定主要仍依賴于經驗和數值分析的結果。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于光纖光柵的內燃機主軸承內表面應變和溫度監測方法，利用光纖光柵傳感技術，進行內燃機主軸承表面的溫度和應變分布狀況的監測，為內燃機主軸承的結構優化設計提供準確的數據支持。?

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：基于光纖光柵的內燃機主軸承內表面應變和溫度監測方法，其特征在于：?

1)在待測主軸承內表面設置光纖光柵應變傳感器和用于溫度補償的光纖光柵溫度傳感器，在內燃機工作過程中獲得主軸承內表面的應變和溫度變化數據變化：?

光纖光柵應變傳感器的中心波長變化是由溫度與應變共同產生的，可由下式表示：?

Δλ_B1＝α_εε+α_T1ΔT????????????????(1)，?

式中：Δλ_B1為光纖光柵應變傳感器中心波長變化；ΔT為軸承溫度變化；ε為應變變化；α_ε為光纖光柵應變傳感器的應變靈敏度系數；α_T1為光纖光柵應變傳感器的溫度靈敏度系數。?

光纖光柵溫度傳感器的中心波長變化由下式表示：?

Δλ_B2＝α_T2ΔT?????????????????(2)，?

式中：Δλ_B2為光纖光柵溫度傳感器中心波長變化；ΔT為主軸承內表面的溫度變化；α_T2為光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度系數。?

令Ψ＝α_T1/α_T2，可得光纖光柵應變傳感器的應變變化：?

ε＝(Δλ_B1-ΨΔλ_B2)/α_ε?????????????????(3)，?

通過在主軸承內表面不同方向設置的光纖光柵應變傳感器，即可獲得主軸承在此方向上的應變變化。?

2)在內燃機廢棄機油管內設置機油溫度傳感器，獲得內燃機工作過程中的機油溫度變化數據：?

機油溫度傳感器為光纖光柵溫度傳感器，它在溫度變化作用下的波長變化Δλ_B數學表達式：?

Δλ_B＝α_TΔT???????????????(4)，?

式中：Δλ_B為機油溫度傳感器中心波長變化；ΔT為油管內油溫變化；α_T為機油溫度傳感器的溫度靈敏度系數；?

利用光纖光柵解調儀獲取機油溫度傳感器中心波長變化，并將其轉換為電信號，即可計算得到內燃機工作過程中的機油溫度變化。?

按上述方案，在待測主軸承內表面設置光纖光柵應變傳感器和用于溫度補償的光纖光柵溫度傳感器的具體方法為：?

待測主軸承內壁設有軸向槽和周向槽，其中軸向槽的一端連有斜向槽，斜向槽通過一段弧形槽與周向槽光滑連接，軸向槽內固定有1個光纖光柵溫度傳感器，周向槽內等距固定有2-4個光纖光柵應變傳感器；光纖光柵溫度傳感器與光纖光柵應變傳感器通過光纖連接，光纖在斜向槽與軸向槽的交匯處引出與光纖光柵解調儀連接。?

按上述方案，所述的斜向槽與軸向槽之間的夾角為45度。?