一种测量密封面动环微位移的系统的制作方法

一种测量密封面动环微位移的系统，用于测量密封面动环微位移，属于位移精密测量技术领域。

背景技术：

1855年机械密封技术发明以来，随着对于密封理论及其应用的深入研究，机械密封在工业领域中的应用也越来越广。旋转轴轴端的密封一般使用流体动压式机械密封，在动环与静环之间加入液体或气体工作介质，由于流体静压和动压效应，在密封环之间形成具有一定刚度的液体或气体薄膜，使两密封面可以非接触运转。同时由于膜厚很小，可以限制流体泄漏，起到密封作用。

密封的性能与稳定性，直接关系到机械设备的正常运行。一旦密封性能下降甚至失效，可能导致工作介质或者是润滑液的泄漏，轻则影响机械设备工作性能，重则产生显著的磨损，使设备寿命缩短乃至发生损坏。然而，动环在运行过程中会受到振动或者转速的影响，在轴向上产生位移，使得密封膜膜厚发生变化。膜厚过小，密封面磨损和功耗都会增大；膜厚过大，又会造成工作介质的泄漏变大。因此，对密封面动环微位移的监测则显得尤其重要。

常用的位移传感器主要有：电感式位移传感器、电涡流位移传感器、电容式位移传感器、光栅式位移传感器。电感式位移传感器为接触式位移传感器，由于密封系统本身有一定的振动，这将严重影响接触测量的精度，而且在有振动的情况下，电感响应时间很难达到测量的要求；电涡流式位移传感器为非接触测量，比接触式测量更准确，但它的使用受很多因素限制，它的工作对象必须是金属导体，而且易受环境杂散磁场的干扰，需要屏蔽措施；光栅式位移传感器和激光位移传感器为非接触式测量，且具有较高的测量精度，但由于密封结构的特殊性，没有足够的安装空间，难于满足该传感器的安装要求。

技术实现要素：

本发明针对上述不足之处提供了一种测量密封面动环微位移的系统，解决现有技术中机械密封结构空间较小、温度高、环境复杂，难以精确的监测密封面动环微位移的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量密封面动环微位移的系统，包括静环和动环，其特征在于：包括现场测量装置和安全区装置；

所述现场测量装置包括设置在静环上的下夹具、设置在下夹具上的上夹具、设置在上夹具和下夹具之内的铠装高温光纤探头、与铠装高温光纤探头相连接的铠装高温光纤和设置在动环上的法兰；

所述安全区装置包括光源、光环行器、光谱仪和信号处理装置，所述光源的输出端与光环行器的1端口相连接，铠装高温光纤与光环行器的2端口相连接，光谱仪的输入端与光环行器的3端口相连接，光谱仪的输出端与信号处理装置的输入端相连接。

进一步，所述铠装高温光纤探头包括自聚焦透镜，自聚焦透镜的一端上镀设的反射膜，另一端上连接的高温光纤，高温光纤尾部上套设的不锈钢波纹管，自聚焦透镜、反射膜和自聚焦透镜一端的不锈钢波纹管上套设的不锈钢套管。

进一步，所述自聚焦透镜与高温光纤、自聚焦透镜、反射膜和自聚焦透镜一端的不锈钢波纹管与不锈钢套管之间采用高温耐腐蚀粘合剂进行粘接。

进一步，所述光源发出波长范围为可见光到中红外波段的光束。

进一步，所述铠装高温光纤探头与上夹具和下夹具之间为卯榫结构。

进一步，所述铠装高温光纤探头3的端面采用蒸镀或磁控溅射方式镀设反射膜。

进一步，所述法兰的受光面进行了抛光或镀膜处理，抛光或镀膜后的表面反射率不小于75％。

进一步，所述反射膜的反射率为7-10％。

进一步，所述反射膜端的铠装高温光纤探头与法兰之间的距离为5～20mm。

进一步，所述信号处理装置的信号输出方式为模拟、USB、RS-232、RS-485、WLAN、WIFI、蓝牙方式中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一、本发明采用光的干涉作为测量原理，现场传感单元结构简单、尺寸小并且具有极高的位移测量灵敏度；

二、本发明采用光信号作为信息传输与传感载体，现场传感单元不含有电子元件，具有抗电磁干扰、防辐射，安全性能强等特点，适用于各种复杂的工业环境；

三、光信号的输入输出共用一根光纤，简化了系统结构、降低了系统成本；

四、现场传感单元均加以铠装，能够应对高温、腐蚀、防震等复杂的工业环境；

五、铠装高温光纤探头使用了自聚焦透镜和反射膜，提高了对空间光的收集效率和干涉信号的信噪比，增强了系统的测量灵敏度；

六、法兰为环形，可以检测动环圆周上每一点的位移量；

七、铠装高温光纤探头与下夹具和上夹具采用了卯榫结构，增加了探头的稳定性，降低了外界振动对测量的影响。

附图说明

图1为本发明现场测量装置的剖面图；

图2为本发明现场测量装置的侧视图；

图3为本发明安全区装置的示意框图；

图4为本发明铠装高温光纤探头的剖面图；

附图标记为：1、静环，2、动环，3、铠装高温光纤探头，4、上夹具，5、下夹具，6、法兰，7、光源，8、环形器，9、光谱仪，10、信号处理装置，11、自聚焦透镜，12、反射膜，13、高温光纤，14、不锈钢波纹管，15、不锈钢套管，16、铠装高温光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进行步的说明。

一种测量密封面动环微位移的系统，包括静环1和动环2，包括现场测量装置和安全区装置；

所述现场测量装置包括设置在静环1上的下夹具5、设置在下夹具5上的上夹具4、设置在上夹具4和下夹具5之内的铠装高温光纤探头3、与铠装高温光纤探头3相连接的铠装高温光纤16和设置在动环2上的法兰6；所述铠装高温光纤探头3与上夹具4和下夹具5之间为卯榫结构；所述法兰6的受光面进行了抛光或镀膜处理，抛光或镀膜后的表面反射率不小于75％。

所述安全区装置包括发出波长范围为可见光或中红外波段的光束的光源7、光环行器8、光谱仪9和信号处理装置10，所述光源7的输出端与光环行器8的1端口相连接，铠装高温光纤16与光环行器16的2端口相连接，光谱仪9的输入端与光环行器8的3端口相连接，光谱仪9的输出端与信号处理装置10的输入端相连接。

所述铠装高温光纤探头3包括自聚焦透镜11，自聚焦透镜11的一端上镀设的反射膜12，另一端上连接的高温光纤13，高温光纤13尾部上套设的不锈钢波纹管14，自聚焦透镜11、反射膜12和自聚焦透镜11一端的不锈钢波纹管14上套设的不锈钢套管15。所述自聚焦透镜11与高温光纤13、自聚焦透镜11、反射膜12和自聚焦透镜11一端的不锈钢波纹管14与不锈钢套管15之间采用高温耐腐蚀粘合剂进行粘接，所述反射膜12的反射率为7-10％。

所述的光谱仪9的光谱检测范围与所述光源7的波长范围匹配。

所述反射膜12端的铠装高温光纤探头3与法兰6之间的距离为5～20mm。

所述信号处理装置10的信号输出方式为模拟、USB、RS-232、RS-485、WLAN、WIFI、蓝牙方式中的一种或多种。

本方法的工作原理为：光源7发出的光束经过光环行器8的1端口，光束再由光环行器8的1端口经过光环行器8的2端口出去，经过铠装高温光纤16后，一部分光束被铠装高温光纤探头3的反射膜进行反射，反射的光束通过铠装高温光纤8反射回光环行器8的2端口，另一部分到达法兰6的反射面进行反射，法兰6反射的光束经自聚集透镜11后就进入铠装高温光纤16，然后到达光环行器8的2端口，两反射光束产生的干涉信号经过光环行器8的2端口后，再经过光环行器8的3端口到达光谱仪9进行检测，光谱仪9输出信号经信号处理装置10计算得到动环2与静环1之间的距离。当动环2与静环1之间的距离发生微小的相对位移时，固定在静环1上的铠装光纤探头3和法兰6之间也将产生位移，使得经光谱仪9探测到的干涉光信号发生变化，通过信号处理装置10计算出动环2与静环1的相对位移量，并以模拟量或数字量的形式输出，满足设备的数字化测量和控制的需要。

本发明利用激光在铠装高温光纤探头与法兰两者表面产生的干涉信号，得到动环的位移量，具有结构简单、尺寸小、灵敏度高、防电磁干扰、防辐射等特点，能够在各种复杂的工业环境中稳定可靠的工作。