[发明专利]一种测量轧制界面处接触应力的光纤光栅传感器

说明书

技术领域

本发明涉及板带轧制领域，具体是一种测量轧制界面处接触应力的光纤光栅传感器。

背景技术

在板带轧制过程中，使用两个轧辊作为工具来减少轧件的厚度。目前的轧制趋势为：更高的轧制速度，更大的压下量，更硬的钢种等级以及更薄的板带材。为了确保更好的产品质量，特别在厚度，平整度和无缺陷表面等这些方面，辊缝中的摩擦和润滑知识变得尤为关键，故要求知道板带和轧辊之间的接触位置处正应力和剪应力。测量辊缝处的接触应力，从而得到轧制速度和润滑的最优参数，这一直是轧制领域的重要方面。

目前测量板带轧制过程中轧制界面接触应力的传感器主要有三种：

第一种是直接针状的传感器，主要是采用两个截面尺寸很小的测压针来直接测量正压力和剪应力，这种传感器的主要限制因素是测压针与板带直接接触，会在板带上留下印痕，而且为了能更好地精确地测量应变，测压针处的刚度比较低，在轧制时会引起比周围轧辊更高的弹性变形，从而会对轧制界面处摩擦状况产生一定的扰动；

第二种是尺寸比接触弧长还要大的测量单位压力和摩擦力的传感器，从侧面看，它是框架型的，有两个立柱，每个立柱装有测量垂直和水平应力的两个应变仪，根据传感器进入工作辊缝的位置变化以及应变仪的四个测量信号，就可确定接触弧上各个位置上的单位压力和摩擦力；这种传感器克服了上述测压针的局部过变形问题，但是由于该传感器也会与板带相接触，从而也会在轧制板带上留下印痕；

第三种是轧辊传感器，轧辊本身就是传感器，通过测量轧制过程中工作辊内部不同位置处轧辊的弹性应变，以及应用一种机械反演分析，可以重新计算轧制界面处正应力和剪应力；该传感器最大的益处是不用直接接触板带，而是间接测量轧制界面处接触应力，从而避免了在板带上留下痕迹和对辊缝处摩擦和润滑的扰动。

目前，轧辊传感器仅在实验轧机上轧辊边缘处粘贴应变计来实现，而工业轧机上，轧辊比板带宽，轧辊边缘处没有与板带接触。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量轧制界面处接触应力的光纤光栅传感器，通过测量轧辊内部弹性应变从而反演逆推得到轧制界面接触应力，不用直接接触板带，从而避免了在板带上留下印痕以及不会对轧制界面处的摩擦和润滑产生扰动。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量轧制界面处接触应力的光纤光栅传感器，包括光纤光栅应变花、轧辊、塞块、光缆、光纤准直器A、准直器固定套筒、光纤准直器B和三维微位移调节台；所述轧辊表面的轧制区域上方开有一阶梯形孔；所述阶梯形孔的垂直轧辊轴线方向一面被铣平，同时铣有狭槽；所述光纤光栅应变花粘贴在狭槽处；所述塞块位于阶梯形孔的上部分；所述阶梯形孔内部开有一到轧辊轴线处的细长孔，所述轧辊操作侧轴线处开有一个与该细长孔贯通的孔；所述光缆的一端与光纤光栅应变花连接，所述光缆的另一端与光纤准直器A连接；所述光纤准直器A通过准直器固定套筒固定在轧辊操作侧轴线的孔口处；所述光纤准直器B安装在三维微位移调节台上，通过三维微位移调节台来保证光纤准直器A6和光纤准直器B8对准；所述光纤准直器B再连接至光纤光栅波长解调器；所述光纤光栅波长解调器连接计算机。

作为本发明进一步的方案：所述光纤光栅应变花为直角45°应变花，由一根光纤上实现准分布的3个FBG制成。

作为本发明进一步的方案：所述光纤光栅应变花粘贴在距离轧辊表面3mm处。

作为本发明进一步的方案：所述光纤光栅应变花和光缆之间留有空隙，所述空隙处填有树脂。

作为本发明进一步的方案：所述塞块通过螺钉与轧辊连接。

作为本发明进一步的方案：所述塞块与轧辊配合完毕后，塞块表面被研磨平整。

作为本发明进一步的方案：其测试方法为：所述光纤光栅波长解调器发出的光信号通过光纤准直器B传送到光纤准直器A，再传送到光纤光栅应变花，所述光纤光栅应变花反射回特定波长的光信号再经过光纤准直器A到光纤准直器B，再传送至光纤光栅波长解调器，所述光纤光栅波长解调器与计算机相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为一种间接测量轧制界面接触应力的方法，通过测量轧辊内部弹性应变从而反演逆推得到轧制界面处的正应力和剪应力，不需要直接接触板带，且嵌入内部的光纤光栅应变花不会改变轧制状态，从而避免了在板带上留下印痕以及不会对轧制界面处的摩擦和润滑产生扰动。本发明可以实现实时测量轧制界面处的正应力和剪应力，能初步在工业轧机上实现对轧制界面处接触应力的测量。

附图说明