[实用新型]基于光纤光栅的内燃机主轴承内表面应变和温度监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于内燃机领域，具体涉及一种基于光纤光栅的内燃机主轴承内表面应变和温度监测系统。

背景技术

在内燃机曲轴系中，主轴承的作用是支承曲轴，保证曲轴的工作轴线，使曲轴在转动中以小的摩擦和磨损传递动力。在内燃机工作过程中，主轴承受到来自曲轴的气体力和惯性力的作用，以及由于曲轴轴颈在主轴承中转动而产生的摩擦力作用，因此主轴承承受着的负荷很大。此外，主轴承工作表面与轴颈工作表面之间的相对运动速度很高，除造成轴承磨损外还使轴承发热；机油在使用中的氧化变质，使轴承遭到腐蚀。因此，内燃机主轴承的工作条件比较恶劣。

为了保证内燃机正常工作，必须使内燃机轴承内表面保持良好的润滑状态，对内燃机轴承的结构进行优化设计十分重要。其中，一个极为重要的关键点是其中的机油槽设计，包括油孔的开设位置，油槽深度和宽度尺寸参数的确定等。准确地了解内燃机工作过程中主轴承表面的温度和应变分布状况是确定这些参数的重要依据。但是，由于该部位的结构空间所限，目前还缺乏主轴承表面的温度和应变分布状况的直接监测数据，上述参数的确定主要仍依赖于经验和数值分析的结果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于光纤光栅的内燃机主轴承内表面应变和温度监测系统，利用光纤光栅的传感技术，在内燃机工作过程中进行主轴承表面的温度和应变分布状况的监测，为内燃机主轴承的结构优化设计提供准确的数据支持。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于光纤光栅的内燃机主轴承内表面应变和温度监测系统，其特征在于：它包括顺次连接的光纤光栅传感装置、光纤光栅解调仪和控制器；其中光纤光栅传感装置包括至少1组主轴承传感器组和机油温度传感器；

主轴承传感器组包括光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，分别固定在待测主轴承内壁的槽中，且1组主轴承传感器组对应于1个待测主轴承；待测主轴承内壁设有轴向槽和周向槽，其中轴向槽的一端连有斜向槽，斜向槽通过一段弧形槽与周向槽光滑连接，轴向槽内固定有1个光纤光栅温度传感器，周向槽内等距固定有2-4个光纤光栅应变传感器；光纤光栅温度传感器与光纤光栅应变传感器通过光纤连接，光纤在斜向槽与轴向槽的交汇处引出与光纤光栅解调仪连接；

机油温度传感器固定在内燃机废弃机油管内，机油温度传感器通过光纤与光纤光栅解调仪连接。

按上述方案，所述的光纤光栅解调仪包括宽带光源、耦合器、光开关阵列、可调谐滤波器、光电探测器和数据采集模块，其中宽带光源通过耦合器与光开关阵列连接，光开关阵列与所述的光纤光栅传感装置连接，可调谐滤波器与耦合器连接对光信号采样，光电探测器与可调谐滤波器连接将采样的光信号转为电信号，数据采集模块与光电探测器连接将电信号采集传输给所述的控制器；所述的可调谐滤波器的采样频率由所述的控制器控制，所述的光开关阵列由所述的控制器通过光开关驱动控制。

按上述方案，所述的斜向槽与轴向槽之间的夹角为45度。

按上述方案，所述的轴向槽、周向槽和斜向槽截面均为V字形，槽宽均为1mm，槽深均为0.5mm。

按上述方案，所述的光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器分别通过胶水粘接固定。

本实用新型的工作原理为：采用光纤光栅空分/波分复用传感网络，解调仪作为光的发射装置发出宽带光源，通过光纤光栅反射后，波长满足耦合理论的光反射回解调仪，解调仪分析波长信号，并将光信号转换为控制器能够识别的电信号，由控制器进行计算，从而得到内燃机工作过程中主轴承内表面的温度和应变变化数据。

本实用新型的有益效果为：本实用新型利用了光纤光栅能够同时对应变及温度的测量以及其体积微小和一线多点的特性，在内燃机工作过程中实现对主轴承表面的温度和应变分布状况的监测，为内燃机主轴承的结构优化设计提供准确的数据支持。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2为内燃机主轴承内表面开槽结构示意图。

图3为光纤光栅原理图。

图4为光纤光栅温度传感器的布置尺寸图。

图5为光纤光栅应变传感器的布置尺寸图。

图中：1.待测主轴承，2.轴向槽，3.周向槽，4.弧形槽，5.斜向槽，6.斜向槽与轴向槽的交汇处，7.光纤。

具体实施方式