一種測(cè)量密封面動(dòng)環(huán)微位移的系統(tǒng)，用于測(cè)量密封面動(dòng)環(huán)微位移，屬于位移精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1855年機(jī)械密封技術(shù)發(fā)明以來(lái)，隨著對(duì)于密封理論及其應(yīng)用的深入研究，機(jī)械密封在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣。旋轉(zhuǎn)軸軸端的密封一般使用流體動(dòng)壓式機(jī)械密封，在動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間加入液體或氣體工作介質(zhì)，由于流體靜壓和動(dòng)壓效應(yīng)，在密封環(huán)之間形成具有一定剛度的液體或氣體薄膜，使兩密封面可以非接觸運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)由于膜厚很小，可以限制流體泄漏，起到密封作用。

密封的性能與穩(wěn)定性，直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。一旦密封性能下降甚至失效，可能導(dǎo)致工作介質(zhì)或者是潤(rùn)滑液的泄漏，輕則影響機(jī)械設(shè)備工作性能，重則產(chǎn)生顯著的磨損，使設(shè)備壽命縮短乃至發(fā)生損壞。然而，動(dòng)環(huán)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到振動(dòng)或者轉(zhuǎn)速的影響，在軸向上產(chǎn)生位移，使得密封膜膜厚發(fā)生變化。膜厚過(guò)小，密封面磨損和功耗都會(huì)增大；膜厚過(guò)大，又會(huì)造成工作介質(zhì)的泄漏變大。因此，對(duì)密封面動(dòng)環(huán)微位移的監(jiān)測(cè)則顯得尤其重要。

常用的位移傳感器主要有：電感式位移傳感器、電渦流位移傳感器、電容式位移傳感器、光柵式位移傳感器。電感式位移傳感器為接觸式位移傳感器，由于密封系統(tǒng)本身有一定的振動(dòng)，這將嚴(yán)重影響接觸測(cè)量的精度，而且在有振動(dòng)的情況下，電感響應(yīng)時(shí)間很難達(dá)到測(cè)量的要求；電渦流式位移傳感器為非接觸測(cè)量，比接觸式測(cè)量更準(zhǔn)確，但它的使用受很多因素限制，它的工作對(duì)象必須是金屬導(dǎo)體，而且易受環(huán)境雜散磁場(chǎng)的干擾，需要屏蔽措施；光柵式位移傳感器和激光位移傳感器為非接觸式測(cè)量，且具有較高的測(cè)量精度，但由于密封結(jié)構(gòu)的特殊性，沒(méi)有足夠的安裝空間，難于滿足該傳感器的安裝要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述不足之處提供了一種測(cè)量密封面動(dòng)環(huán)微位移的系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械密封結(jié)構(gòu)空間較小、溫度高、環(huán)境復(fù)雜，難以精確的監(jiān)測(cè)密封面動(dòng)環(huán)微位移的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種測(cè)量密封面動(dòng)環(huán)微位移的系統(tǒng)，包括靜環(huán)和動(dòng)環(huán)，其特征在于：包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置和安全區(qū)裝置；

所述現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置包括設(shè)置在靜環(huán)上的下夾具、設(shè)置在下夾具上的上夾具、設(shè)置在上夾具和下夾具之內(nèi)的鎧裝高溫光纖探頭、與鎧裝高溫光纖探頭相連接的鎧裝高溫光纖和設(shè)置在動(dòng)環(huán)上的法蘭；

所述安全區(qū)裝置包括光源、光環(huán)行器、光譜儀和信號(hào)處理裝置，所述光源的輸出端與光環(huán)行器的1端口相連接，鎧裝高溫光纖與光環(huán)行器的2端口相連接，光譜儀的輸入端與光環(huán)行器的3端口相連接，光譜儀的輸出端與信號(hào)處理裝置的輸入端相連接。

進(jìn)一步，所述鎧裝高溫光纖探頭包括自聚焦透鏡，自聚焦透鏡的一端上鍍?cè)O(shè)的反射膜，另一端上連接的高溫光纖，高溫光纖尾部上套設(shè)的不銹鋼波紋管，自聚焦透鏡、反射膜和自聚焦透鏡一端的不銹鋼波紋管上套設(shè)的不銹鋼套管。

進(jìn)一步，所述自聚焦透鏡與高溫光纖、自聚焦透鏡、反射膜和自聚焦透鏡一端的不銹鋼波紋管與不銹鋼套管之間采用高溫耐腐蝕粘合劑進(jìn)行粘接。

進(jìn)一步，所述光源發(fā)出波長(zhǎng)范圍為可見(jiàn)光到中紅外波段的光束。

進(jìn)一步，所述鎧裝高溫光纖探頭與上夾具和下夾具之間為卯榫結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述鎧裝高溫光纖探頭3的端面采用蒸鍍或磁控濺射方式鍍?cè)O(shè)反射膜。

進(jìn)一步，所述法蘭的受光面進(jìn)行了拋光或鍍膜處理，拋光或鍍膜后的表面反射率不小于75％。

進(jìn)一步，所述反射膜的反射率為7-10％。

進(jìn)一步，所述反射膜端的鎧裝高溫光纖探頭與法蘭之間的距離為5～20mm。

進(jìn)一步，所述信號(hào)處理裝置的信號(hào)輸出方式為模擬、USB、RS-232、RS-485、WLAN、WIFI、藍(lán)牙方式中的一種或多種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

一、本發(fā)明采用光的干涉作為測(cè)量原理，現(xiàn)場(chǎng)傳感單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小并且具有極高的位移測(cè)量靈敏度；

二、本發(fā)明采用光信號(hào)作為信息傳輸與傳感載體，現(xiàn)場(chǎng)傳感單元不含有電子元件，具有抗電磁干擾、防輻射，安全性能強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；

三、光信號(hào)的輸入輸出共用一根光纖，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了系統(tǒng)成本；

四、現(xiàn)場(chǎng)傳感單元均加以鎧裝，能夠應(yīng)對(duì)高溫、腐蝕、防震等復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；

五、鎧裝高溫光纖探頭使用了自聚焦透鏡和反射膜，提高了對(duì)空間光的收集效率和干涉信號(hào)的信噪比，增強(qiáng)了系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度；

六、法蘭為環(huán)形，可以檢測(cè)動(dòng)環(huán)圓周上每一點(diǎn)的位移量；

七、鎧裝高溫光纖探頭與下夾具和上夾具采用了卯榫結(jié)構(gòu)，增加了探頭的穩(wěn)定性，降低了外界振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的剖面圖；

圖2為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明安全區(qū)裝置的示意框圖；

圖4為本發(fā)明鎧裝高溫光纖探頭的剖面圖；

附圖標(biāo)記為：1、靜環(huán)，2、動(dòng)環(huán)，3、鎧裝高溫光纖探頭，4、上夾具，5、下夾具，6、法蘭，7、光源，8、環(huán)形器，9、光譜儀，10、信號(hào)處理裝置，11、自聚焦透鏡，12、反射膜，13、高溫光纖，14、不銹鋼波紋管，15、不銹鋼套管，16、鎧裝高溫光纖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)行步的說(shuō)明。

一種測(cè)量密封面動(dòng)環(huán)微位移的系統(tǒng)，包括靜環(huán)1和動(dòng)環(huán)2，包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置和安全區(qū)裝置；

所述現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置包括設(shè)置在靜環(huán)1上的下夾具5、設(shè)置在下夾具5上的上夾具4、設(shè)置在上夾具4和下夾具5之內(nèi)的鎧裝高溫光纖探頭3、與鎧裝高溫光纖探頭3相連接的鎧裝高溫光纖16和設(shè)置在動(dòng)環(huán)2上的法蘭6；所述鎧裝高溫光纖探頭3與上夾具4和下夾具5之間為卯榫結(jié)構(gòu)；所述法蘭6的受光面進(jìn)行了拋光或鍍膜處理，拋光或鍍膜后的表面反射率不小于75％。

所述安全區(qū)裝置包括發(fā)出波長(zhǎng)范圍為可見(jiàn)光或中紅外波段的光束的光源7、光環(huán)行器8、光譜儀9和信號(hào)處理裝置10，所述光源7的輸出端與光環(huán)行器8的1端口相連接，鎧裝高溫光纖16與光環(huán)行器16的2端口相連接，光譜儀9的輸入端與光環(huán)行器8的3端口相連接，光譜儀9的輸出端與信號(hào)處理裝置10的輸入端相連接。

所述鎧裝高溫光纖探頭3包括自聚焦透鏡11，自聚焦透鏡11的一端上鍍?cè)O(shè)的反射膜12，另一端上連接的高溫光纖13，高溫光纖13尾部上套設(shè)的不銹鋼波紋管14，自聚焦透鏡11、反射膜12和自聚焦透鏡11一端的不銹鋼波紋管14上套設(shè)的不銹鋼套管15。所述自聚焦透鏡11與高溫光纖13、自聚焦透鏡11、反射膜12和自聚焦透鏡11一端的不銹鋼波紋管14與不銹鋼套管15之間采用高溫耐腐蝕粘合劑進(jìn)行粘接，所述反射膜12的反射率為7-10％。

所述的光譜儀9的光譜檢測(cè)范圍與所述光源7的波長(zhǎng)范圍匹配。

所述反射膜12端的鎧裝高溫光纖探頭3與法蘭6之間的距離為5～20mm。

所述信號(hào)處理裝置10的信號(hào)輸出方式為模擬、USB、RS-232、RS-485、WLAN、WIFI、藍(lán)牙方式中的一種或多種。

本方法的工作原理為：光源7發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光環(huán)行器8的1端口，光束再由光環(huán)行器8的1端口經(jīng)過(guò)光環(huán)行器8的2端口出去，經(jīng)過(guò)鎧裝高溫光纖16后，一部分光束被鎧裝高溫光纖探頭3的反射膜進(jìn)行反射，反射的光束通過(guò)鎧裝高溫光纖8反射回光環(huán)行器8的2端口，另一部分到達(dá)法蘭6的反射面進(jìn)行反射，法蘭6反射的光束經(jīng)自聚集透鏡11后就進(jìn)入鎧裝高溫光纖16，然后到達(dá)光環(huán)行器8的2端口，兩反射光束產(chǎn)生的干涉信號(hào)經(jīng)過(guò)光環(huán)行器8的2端口后，再經(jīng)過(guò)光環(huán)行器8的3端口到達(dá)光譜儀9進(jìn)行檢測(cè)，光譜儀9輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理裝置10計(jì)算得到動(dòng)環(huán)2與靜環(huán)1之間的距離。當(dāng)動(dòng)環(huán)2與靜環(huán)1之間的距離發(fā)生微小的相對(duì)位移時(shí)，固定在靜環(huán)1上的鎧裝光纖探頭3和法蘭6之間也將產(chǎn)生位移，使得經(jīng)光譜儀9探測(cè)到的干涉光信號(hào)發(fā)生變化，通過(guò)信號(hào)處理裝置10計(jì)算出動(dòng)環(huán)2與靜環(huán)1的相對(duì)位移量，并以模擬量或數(shù)字量的形式輸出，滿足設(shè)備的數(shù)字化測(cè)量和控制的需要。

本發(fā)明利用激光在鎧裝高溫光纖探頭與法蘭兩者表面產(chǎn)生的干涉信號(hào)，得到動(dòng)環(huán)的位移量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、靈敏度高、防電磁干擾、防輻射等特點(diǎn)，能夠在各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定可靠的工作。