[发明专利]一种水润滑轴承水膜厚度监测系统及方法

权利要求书

1.一种水润滑轴承水膜厚度监测系统，其特征在于：包括用于测量金属摩擦副（2）与轴承瓦块（4）之间水膜（3）厚度的水膜厚度控制单元（1）；

所述的水膜厚度控制单元（1）包括

电涡流位移传感器（10），用于测量水膜（3）的厚度，其包括探测面（100）、螺纹部分（103）和安装平面（105）；

传感器位置调整模块（11），实现对电涡流位移传感器（10）的供电，并将反馈回来的电压信号信息传递给控制系统（13），其包括伺服电机（110）、伺服电机控制器（111）和传动组件（112）；

传感器前置器（12），分别连接电涡流位移传感器（10）和控制系统（13）；

控制系统（13），根据反馈信息计算出电涡流位移传感器（10）所需调整的距离及方向，传递给传感器位置调整模块（11）；

所述的控制系统（13）与伺服电机控制器（111）相连，用于向伺服电机控制器（111）发送控制系统（13）指令，伺服电机控制器（111）将接收到的指令转化为控制电流，然后传递给伺服电机（110），伺服电机（110）按照控制系统（13）要求完成指定的旋转方向及旋转角度的旋转运动；所述传动组件（112）负责传递伺服电机（110）输出的旋转运动至电涡流位移传感器（10），实现电涡流位移传感器（10）的旋转运动；

所述的传感器位置调整模块（11）通过电涡流位移传感器（10）测量探测面（100）至金属摩擦副（2）之间的距离，并传递至控制系统（13），控制系统（13）通过传感器前置器（12）对电涡流位移传感器（10）位置调整，使探测面（100）与金属摩擦副（2）之间的距离处于电涡流位移传感器（10）的线性中点；

所述的轴承瓦块（4）设有安装螺纹孔（40），所述的安装螺纹孔（40）通过螺纹与电涡流位移传感器（10）与的螺纹部分（103）连接。

2.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承水膜厚度监测系统，其特征在于，所述的电涡流位移传感器（10）还包括壳体（104），所述的螺纹部分（103）和安装平面（105）均设置在壳体（104）上，所述的壳体（104）通过无螺纹部分（102）连接有探头（101），所述的探测面（100）设于探头（101）上，所述的安装平面（105）通过高频同轴电缆（106）连接有高频接头（107）。

3.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承水膜厚度监测系统，其特征在于，所述的轴承瓦块（4）还包括轴承复合材料层（41）及轴承支撑层（42），轴承支撑层（42）实现对轴承瓦块（4）的支撑，保持轴承复合材料层（41）的形状稳定。

4.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承水膜厚度监测系统，其特征在于，所述的传动组件（112）包括安装于伺服电机（110）输出端的小齿轮（112a）和安装于安装平面（105）的大齿轮（112b），齿数比u=大齿轮（112b）齿数Zb/小齿轮（112a）齿数Za＞1。

5.一种水润滑轴承水膜厚度监测方法，用于监测金属摩擦副（2）与轴承瓦块（4）之间因相对运动而产生的水膜（3）厚度，其特征在于，步骤为：

定义电涡流位移传感器（10）测量并换算得到的实测距离为d；

定义电涡流位移传感器（10）的探测面（100）距离轴承复合材料层（41）和金属摩擦副（2）平面之间的距离为d_b；

则待测水膜（3）的厚度d_a=d-d_b；

d、d_b均会随着水膜厚度控制单元（1）的工作发生变化，其中d_b存在初始值；在电涡流位移传感器（10）线性段存在线性关系u=k×d+C，其中k与C均为传感器出厂特性值，可由出厂标定试验得到该线性段直线，继而得到k与C的值，由此关系，根据d=（u-C）/k可以由输出电压得到被测距离d；

具体步骤如下

S1，设定测量时长t，电涡流位移传感器（10）测量t时间段内数据并传递至控制系统（13），电涡流位移传感器（10）的输出电压存在实测电压最大值u_max和实测电压最小值u_min；

S2，控制系统（13）进行处理分析，得到t时间段内的实测电压最大值u_max和实测电压最小值u_min，由已知的电涡流位移传感器（10）线性段最大电压u₂及最小电压u₁，计算得到电压中心差△u =[(u_max+u_min)/2]-[(u₁+u₂)/2]；

S3，设定电涡流位移传感器（10）线性中心值(u₁+u₂)/2的10%为阈值，控制系统（13）对电压中心差值与阈值进行比较，若△u阈值，则认为电涡流位移传感器（10）与金属摩擦副（2）距离合适，若不是△u阈值，则继续下一步流程；

S4，由控制系统（13）求解中心距离差△d=（△u-C）/k，其中，k与C均为传感器出厂特性值；

S5，由控制系统（13）求解伺服电机（110）转动角度θa =u×θb，其中齿数比u=Zb/Za，电涡流位移传感器（10）转动角度θb=360×△d/S，其中S为螺纹部分（103）的导程，Za和Zb分别为小齿轮（112a）和大齿轮（112b）的齿数；

S6，由控制系统（13）输出θa大小及旋转方向至伺服电机控制器（111）；

S7，伺服电机控制器（111）控制伺服电机（110）旋转运动，实现电涡流位移传感器（10）位置调整，通过伺服电机（110）运动停止判断调整完成，返回步骤S2，重新进行流程；

S8，当电压中心差△u绝对值减小至0时即可以判断，探测面（100）与被测金属摩擦副（2）之间的距离处于电涡流位移传感器（10）的线性中点。