[发明专利]基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量方法，包括以下步骤：将中心波长各不相同的光纤光栅对称粘贴于大轮的两侧，并依次标号；调节大轮与小轮在滚动接触点处产生一定的法向力，并使大轮与小轮之间产生一定的冲角，以使大轮在滚动接触点处产生一定的横向力；控制大轮的转速，当大轮旋转时，大轮产生的应变信号传递给光纤光栅，解调仪内置的光源通过光纤光栅旋转连接器传输到各个光纤光栅中，光纤光栅产生应变信号；解调仪将光纤光栅的应变信号进行解调，并将解调信号发送给工控机，工控机对解调信号进行采集与分析，根据光纤光栅的波长漂移计算出大轮在滚动接触点处的瞬态正压力与摩擦力。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量方法及装置。

背景技术

光纤光栅传感技术是在光纤传感技术的基础上发展起来的，光纤光栅传感系统基本原理是在一根光纤上串接了多个光栅(各具有不同的中心波长)，由宽带光源发出的光波经过分路器通过所有的光栅，反射光经分路器的另外一个接口耦合进光纤光栅解调仪，通过光纤光栅解调仪来测量反射光的波长及其变化，就可以得到解调数据，再经过数据的分析与处理，就可以得到对应各个光纤光栅处环境的变化量，如温度、应力等。从原理上分析，光纤光栅传感器不仅具有一般光纤传感器的优点，同时克服了一些光纤传感器的不足之处，能实现实时在线、绝对数字式测量、具有测量范围广、精度高、抗干扰能力强、无须调零、长期稳定性好等优点，为实现振动传感的高分辨能力、高信噪比、高保真度、高清晰度、高精确度和高可信度提供了理想的技术手段，在各种领域中都具有广泛的应用前景。

光纤光栅是光纤光栅传感器的重要组成部分。作为一种新型光纤无源器件，光纤光栅在近年来发展极为迅速。随着光纤光栅制造技术的不断完善，应用领域的日益扩展，光纤光栅已成为目前最具发展前途的光纤无源器件之一。光纤布拉格光栅(FBG)是目前在光纤传感中用的最多的光栅，而交叉敏感问题是制约光纤光栅传感器进一步发展的一个突出问题。在光纤光栅传感实际应用中，由于光栅布拉格波长对应变和温度都是敏感的，即光纤光栅传感器存在着应变、温度交叉敏感问题，当光纤光栅用于传感测量时，单个光纤布拉格光栅本身无法分辨出应变和温度分别引起的布拉格波长的改变，进而无法实现精确的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中单个光纤布拉格光栅本身无法分辨出应变和温度分别引起的布拉格波长的改变，从而无法实现精确测量的缺陷，提供一种可以实现精确测量的基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量方法，包括以下步骤：

将中心波长各不相同的光纤光栅粘贴于大轮的一侧，在大轮另一侧的对称的位置上同样粘贴中心波长各不相同的光纤光栅，并依次标号；

调节大轮与小轮在滚动接触点处产生一定的法向力，并使大轮与小轮之间产生一定的冲角，以使大轮在滚动接触点处产生一定的横向力；

控制大轮的转速，当大轮旋转时，大轮产生的应变信号传递给光纤光栅，解调仪内置的光源通过光纤光栅旋转连接器传输到各个光纤光栅中，光纤光栅产生应变信号；

解调仪将光纤光栅的应变信号进行解调，并将解调信号发送给工控机，工控机对解调信号进行采集与分析，根据光纤光栅的波长漂移计算出大轮在滚动接触点处的瞬态正压力与摩擦力。

本发明所述的方法中，大轮两侧分别粘贴4个光纤光栅。

本发明所述的方法中，光纤光栅均沿大轮直径方向固定。

本发明还提供了一种基于光纤光栅的滚动接触点瞬态横向摩擦系数的测量装置，包括小轮装配机构、大轮装配机构、解调仪和工控机；