用于油液狀態監測的光纖傳感器制造技術

一種用于油液狀態監測的檢測裝置(1)，包括：光纖(4)，具有第一端(6)和第二端(8)，所述第二端具有端面(10)。傳感器主體(2)，具有反射面(16)和能夠容納油液樣本(A)的間隙(14)，所述光纖(4)的第二端(8)嵌入所述傳感器主體(2)，具有隔所述間隙(14)與所述反射面(16)間隔分開的端面(10)。從光纖(4)射出的光線可以穿過所述油液樣本(A)，并被所述反射面(16)反射回光纖(4)中。通過對端面(10)內部反射的第一光信號和反射面(16)反射的第二光信號的干涉測量，可確定油液的狀態。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及油液狀態監測(oil condition monitoring)，具體來說，涉及一種用于檢測油液或類似物中水的存在和水含量的傳感器。本專利技術還涉及一種監測油液中水的存在的方法。
技術介紹
光學傳感器已用在確定殘渣存在的油液狀態監測中，或監視潤滑劑的劣化等其他方面。這種裝置可被操作，該操作可通過使透過小間隙(gap)的光閃耀，并使用合適的光學傳感器分析傳輸的光來進行分析。可選的傳感器可以利用光的散射在包括可見范圍之外的不同頻率上進行操作。油液狀態監測的重要之處在于，在潤滑系統可能發生故障之前提供反饋。從而采取修理，或者更新潤滑劑等行動。油液中的水分是許多機械系統的心腹之患。來自大氣或直接進入到系統中的最少量的水可在使用期間被油液吸收。只要水處于被吸收的狀態，且油尚未飽和，則不足為患。然而，隨著水的濃度接近飽和水平，乳化狀態和自由狀態的水則會出現，這可能會造成極大的危害，特別是當問題久拖不決時。在軸承中，水相對于油液中不可壓縮性會導致油膜的破壞，進而導致軸承的過度磨損。油液中僅含百分之一的水會減少軸承高達百分之九十的平均壽命。針對滾珠軸承或滾動體軸承，產生的局部壓力會導致水的自然氣化，從而導致諸如微腐蝕(micropitting)之類的沖蝕磨損。水在油液中的飽和程度根據油液中溫度和類型可能變化很大，能在10ppm到10000ppm之間變化。能夠測量水的存在(游離且溶解)的現有傳感器包括電容傳感器和Karl Fischer滴定傳感器。這兩種方法都需要傳感器花費相當長的時間來達到平衡，并且對狀態迅速改變的情形，并不理想。光譜分析已采用傅立葉變換紅外光譜學
(FTIR)進行，但是，相對于使用新油液產生的光譜，這種需要對傳感器進行校準的光譜分析方法，相對復雜和程序繁瑣。在申請號為PCT/EP2012/075437的待審(co-pending)申請中，已經提出這樣的傳感器：通過這種傳感器，油液中的水可方便地被檢測到，并且由此對設備的校準可被簡化。在申請號為PCT/EP2012/075395的待審申請中，一種替代性做法被提出，該做法提出使用成本-效益LED(cost-effective LED's)。這些文檔的內容通過引用而全部并入于此。在這兩種情況下，傳感器有一個間隙，該間隙用于在發射器與接收器之間通過在油液中樣本中傳輸光。來自發射器的光穿透油液，被接收器檢測到，被檢測到的光代表的光信號被分析，以確定信號波動量。信號波動中的階躍變化可以指示油液中飽和度。雖然前述提出的裝置已被發現能準確地運行，但是，既可以提高它們對外部因素的靈敏度，又可以簡化它們的構造，這樣的裝置是期望的。
技術實現思路
根據本專利技術，提供一種用于油液狀態監測的檢測裝置，包括：光纖，具有第一端和第二端，所述第二端具有端面；傳感器主體，具有反射面和能夠容納油液樣本的間隙，所述光纖的第二端嵌入所述傳感器主體，具有隔所述間隙與所述反射面間隔分開的端面，使得光纖射出的光線可以穿過所述油液樣本，并被所述反射面反射回光纖中。作為提出的構造的結果，相較于先前設計，傳感器對外部因素不太敏感。用于感測構造中的光纖對彎曲相當敏感。隨著光纖的彎曲曲率改變，穿過光纖的信號的幅度改變很大。使用現有感測系統的一種結果是，整個系統在操作期間應當不受幾何改變的約束。根據現在申請的檢測裝置，信號通道包括鏡子，以及光纖內部反射的第一光信號與鏡子反射的第二光信號之間的光干擾可被監測到。在這種方式中，因光纖曲率改變產生的幅度信號改變可以被排除。在本專利技術的優選實施例中，在所述端面與反射面之間的所述間隙小于1毫米，優選情況下小于0.5毫米，最優情況下大致在0.2毫米左右。實際的
間隙大小可根據正在處理的油液中性質來選擇。由于信號在再次進入光纖之前通過間隙兩次，所以，在現在申請的構造中，間隙可能是傳感器與光源相對時相應間隙的寬度的一半左右。傳感器主體可由任何材料制造，包括金屬、塑料及類似物，這些尤其適用于保護傳感器主體在機械方面和化學方面免受外部影響。更優選地，傳感器主體由陶瓷材料制成，比如，傳統用于光纖連接器的套接管。根據本專利技術的另一重要方面，光纖可以以剛性方式植入傳感器主體中，以避免傳遞到傳感器主體的任何移動或振動。優選地，光纖以至少5毫米的長度植入傳感器主體中。檢測裝置可使用適合的光源來進行操作，并可進一步包括連接到光纖第一端的光源。更優選地，光源是激光源。激光源可在850納米至1750納米范圍的頻率內工作。任何適合的檢測布置可用于查詢傳感器。更優先地，所述檢測裝置還包括連接到光纖第一端的干涉儀，被設置用于將所述端面內部反射的第一光信號與反射表面反射的第二光信號進行比較。由光纖的端面反射的第一光信號作為干擾信號用在干擾儀中。在反射面反射的第二光信號是測量信號，所述干擾測量信號以干擾方式疊加到干擾信號。由光纖彎曲導致的任何幅度改變將以固定比例的方式影響干擾信號和測量信號兩者。按照這種方式，由光纖彎曲導致的幅度改變變成已知因素。可通過去除已知因素來計算表示油水飽和程度的實際幅度改變。因此，檢測裝置不受任何具體幾何的限制，并且可在不擾亂校準的情況下發生移動。本領域技術人員將很清楚光源和干擾儀將被連接入光纖的適合的方式。在一個優選構造中，光源和干擾儀可經由光開關連接。這種光開關可以是半反射鏡或棱鏡的形式。也可以使用其它相似的分束鏡。本專利技術還涉及一種對機械系統中的油液進行狀態監測的方法，包括：將光纖的端面與反射面以間隔方式進行布置；提供油液的樣來本填充所述端面與反射面之間的間隙；通過光纖向所述端面傳輸光線，使光線的第一部分在所述端面被內部反射為第一光信號，使光線的第二部分穿過油液，被所述
反射面反射進入光纖，成為第二光信號。在一個實施例中，所述光線可選擇具有被校準至所述間隙的主頻率(primary frequency calibrated to the gap)，使得第一光信號和第二光信號彼此相長干涉(constructively interfere)。換言之，光的波長和間隙寬度將被準確地選擇，使得光波相位相同(同相)。應當理解，雖然參考了頻率的選擇，但也可以選擇以間隙或者端面相對于反射面的位置來匹配頻率。在本專利技術的另一實施例中，分析第一光信號和第二光信號的步驟包括掃描頻譜，以識別第一光信號和第二光信號疊加在一起的最大值。使用掃描光學分光儀能夠使所述系統確定光信號同相的頻率。此時，由于溶解的水(dissolved water)的存在，相對幅度變化相對于期望的幅度變化會更好。應當理解的是，較低的組合信號可能歸因于第二光信號的衰減或信號異相，并可能被相互抵消。通過掃描信號處于同相位置時的頻率信號，這種不確定性可能被避免。應當理解的是，掃描可能被限制在光信號被期望處于同相時的區域，并且一旦建立可能僅會略微變化。優選地，分析第一光信號和第二光信號的步驟包括：確定第二光信號相對于第一光信號的相對衰減，并將該相對衰減與反映油液中水飽和程度的預定值進行比較。所述檢測裝置可針對具有預定飽和程度的油提前進行校準。所述預定值可作為查找表(look-up tables)存儲在合適的存儲器中，并且這些值之間的外推法(extrapolation)可被用于確定瞬間飽和程本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于油液狀態監測的檢測裝置，包括：光纖，具有第一端和第二端，所述第二端具有端面；傳感器主體，具有反射面和能夠容納油液樣本的間隙，所述光纖的第二端嵌入所述傳感器主體，具有隔所述間隙與所述反射面間隔分開的端面，使得光纖射出的光線可以穿過所述油液樣本，并被所述反射面反射回光纖中。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于油液狀態監測的檢測裝置，包括：光纖，具有第一端和第二端，所述第二端具有端面；傳感器主體，具有反射面和能夠容納油液樣本的間隙，所述光纖的第二端嵌入所述傳感器主體，具有隔所述間隙與所述反射面間隔分開的端面，使得光纖射出的光線可以穿過所述油液樣本，并被所述反射面反射回光纖中。2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述端面與反射面之間的所述間隙小于1毫米，優選情況下小于0.5毫米，最優情況下大致在0.2毫米左右。3.根據權利要求1或權利要求2所述的檢測裝置，其特征在于，所述端面設置有半反射涂層。4.根據前述任一權利要求所述的檢測裝置，其特征在于，所述傳感器主體由陶瓷材料制成。5.根據前述任一權利要求所述的檢測裝置，其特征在于，所述光纖以至少5毫米的長度被植入傳感器主體中。6.根據前述任一權利要求所述的檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置還包括連接到光纖第一端的光源。7.根據前述任一權利要求所述的檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置還包括連接到光纖第一端的干涉儀，被設置用于將所述端面內部反射的第一光信號與反射面反射的第二光信號進行比較。8.根據權利要求6和權利要求7所述的檢測裝置，其特征在于，所述光源和干涉儀經由光開關連接。9.根據權利要求6至權利要求8中的任意權利要求所述的檢測裝置，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：德豐·郎，弗洛林·塔塔爾，
申請(專利權)人：斯凱孚公司，
類型：發明
國別省市：瑞典;SE