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双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性

张平 张小栋 董晓妮

张平, 张小栋, 董晓妮. 双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(3): 439-446. doi: 10.3788/CO.20150803.0439
引用本文: 张平, 张小栋, 董晓妮. 双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(3): 439-446. doi: 10.3788/CO.20150803.0439
ZHANG Ping, ZHANG Xiao-dong, DONG xiao-ni. Output characteristics of sensor with two-circle coaxial optical fiber in lubricating oil medium[J]. Chinese Optics, 2015, 8(3): 439-446. doi: 10.3788/CO.20150803.0439
Citation: ZHANG Ping, ZHANG Xiao-dong, DONG xiao-ni. Output characteristics of sensor with two-circle coaxial optical fiber in lubricating oil medium[J]. Chinese Optics, 2015, 8(3): 439-446. doi: 10.3788/CO.20150803.0439

双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性

doi: 10.3788/CO.20150803.0439
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No.51405366)
详细信息
    通讯作者:

    张 平(1980—),男,山西河津人,博士,讲师,2013年于西安交通大学获得博士学位,主要从事光纤检测技术、机械故障诊断方面的研究。E-mail:zp_80@163.com

    张小栋(1967—),男,陕西周至人,博士,教授,博士生导师,主要从事光纤精密检测技术、机械状态监测与故障诊断技术、智能机器人技术方面的研究。E-mail:xdzhang@mail.xjtu.edu.cn

    董晓妮(1976—),女,山西芮城人,博士研究生,主要从事机械状态监测与故障诊断技术方面的研究。E-mail:birdy_dong@163.com

  • 中图分类号: TN253

Output characteristics of sensor with two-circle coaxial optical fiber in lubricating oil medium

  • 摘要: 针对双圈同轴式光纤(TCCOF)位移传感器用于滑动轴承油膜厚度检测时,由于传播介质为润滑油,传感器输出特性会受到影响,本文根据折射定律分析了传播介质对光纤最大入射角的影响,考虑传播过程中的光损并利用光场的准高斯分布规律建立了润滑油环境下的传感器数学模型,同时通过仿真计算得到了传播介质不同时的传感器输出特性。在此基础上,搭建了相应的传感器标定实验平台进行验证。结果表明:空气中TCCOF传感器的灵敏度为0.691/mm,润滑油中TCCOF传感器的灵敏度为0.464/mm;TCCOF传感器在润滑油测量环境中可减小光功率不同对传感器特性的影响;TCCOF传感器灵敏度随着反射面曲率半径的增大而增大;由于具有对称结构,当反射面为圆柱面时,TCCOF传感器可减小探头周向安装角度对其输出特性的影响。因此,在利用TCCOF传感器进行油膜厚度检测时,必须在相应润滑油环境下及相应的反射面情况下进行传感器标定。

     

  • 图 1  双圈同轴式光纤排列结构

    Figure 1.  TCCOF arrangement

    图 2  光纤最大入射角随传播介质折射率变化关系

    Figure 2.  Relation between the maximum incidence angle of fiber and refractivity of propagating medium

    图 3  发射光纤出射光示意图

    Figure 3.  Emergent light sketch of transmitting fiber

    图 4  在不同介质中时TCCOF传感器输出特性

    Figure 4.  Output characteristic of the TCCOF sensor in different medium

    图 5  TCCOF传感器检测系统模块

    Figure 5.  Measuring system model of TCCOF sensor

    图 6  TCCOF传感器特性实验台

    Figure 6.  Characteristic experiment rig of TCCOF sensor

    图 7  反射面为平面、不同传播介质时的传感器输出特性

    Figure 7.  Output characteristics of sensor in different medium when surface is plane

    图 8  反射面为平面、光功率不同时的传感器输出特性

    Figure 8.  Output characteristics of sensor for different light source power and plane surface

    图 9  反射面形状不同时的传感器输出特性

    Figure 9.  Output characteristics of sensor when the shape of reflector is different

    图 10  探头周向安装位置不同时的传感器输出特性

    Figure 10.  Output characteristics of sensor when fixing angle around the probe axis is different

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-16
  • 录用日期:  2015-02-13
  • 刊出日期:  2015-01-25

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