一种曲面微小间隙或曲率的检测方法、感知器件及实验装置

本发明属于传感器，尤其涉及一种曲面微小间隙或曲率的检测方法、感知器件及实验装置。

背景技术：

1、面向机械传动与热防护技术领域，微小间隙厚度的在线检测与导电体曲率的精确测量具有重要的工程意义。在滚动轴承中，滚动体与轴承外圈间的微小间隙厚度可间接表征其润滑油膜厚度，而润滑油膜的厚度直接决定轴承的润滑状态与使用寿命，滚动体（如滚珠、滚柱）的曲率半径则是影响接触应力与弹流润滑特性的关键几何参数；在航空发动机喷管与燃烧室中，壁面冷却液膜的厚度分布决定了热防护效果与壁面温度均匀性；在其他存在曲面液膜流动的工况中，液膜厚度与基底曲率同样是需要获取的关键参量。

2、然而，现有的微小间隙厚度与曲率的检测手段在面对复杂工况与在线测量要求时，均存在一定局限。接触式测量方法易划伤表面且无法用于在线检测；光学或声学测量方法则对被测工况的稳定性与介质特性要求苛刻。而电涡流法作为一种非侵入式测量方法，可在需要保障装置自身稳定运行的测量工况下开展非接触无损测量。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种曲面微小间隙或曲率的检测方法、感知器件及实验装置，可在不改变装置运行状态的前提下实现曲面微小间隙或曲率的测量，可应用于轴承润滑油膜厚度测量、航空发动机喷管与燃烧室壁面的冷却液膜测量等场景。

2、一种曲面微小间隙或曲率的检测方法，在检测前设置敏感元件与导电体同轴状态，当敏感元件与导电体轴线处的距离，即间隙厚度或导电体曲率发生变化时，导电体表面产生的电涡流强度发生变化导致敏感元件阻抗变化进而导致信号处理电路的输出电压变化。

3、进一步地，一种曲面微小间隙或曲率的检测方法，包括以下步骤：

4、在曲率不变的导电体曲面曲率一定时，测量当前间隙厚度对应的信号处理电路的输出电压，基于输出电压与间隙厚度之间的单调映射关系，得到间隙厚度信息；

5、在敏感元件与导电体之间的间隙厚度有一定时，测量当前导电体曲率对应的信号处理电路的输出电压，基于输出电压与曲率之间的单调映射关系，得到导电体的曲率信息。

6、进一步地，当导电体的曲率保持不变时，随着间隙厚度变化，敏感元件的阻抗发生变化进而导致信号处理电路的输出电压变化，同时，将间隙厚度为0时的输出电压作为感知器件的零点电压；

7、当间隙厚度不变时，随着导电体曲率的变化，敏感元件的阻抗发生变化进而导致信号处理电路的输出电压变化，同时，以曲率半径为无穷大，即平面时的输出电压作为感知器件的零点电压。

8、进一步地，一种曲面微小间隙或曲率的感知器件，包括敏感元件、封装、信号处理电路；所述敏感元件用于获取导电体与敏感元件间的微小间隙厚度或曲率信息；所述信号处理电路用于根据敏感元件的阻抗信息获取导电体与敏感元件间的微小间隙厚度或曲率信息；

9、其中，当测量工况为轴承油膜厚度或轴承滚动体曲率时，当导电体为轴承的滚动体且轴承外圈为定子而内圈为转子时，将敏感元件及其封装集成于轴承外圈的内轨道中；

10、当导电体为轴承的滚动体且轴承外圈为转子而内圈为定子时，将敏感元件及其封装集成于轴承内圈中。

11、进一步地，封装的形状与轴承外圈的内轨道或者轴承内圈的外形匹配；敏感元件为电涡流检测线圈，且封装均采用不导电的材料制作。

12、进一步地，一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，所述感知器件与导电体连接件、液体密封件、储液槽以及传感器固定件共同构成实验装置，其中，感知器件包括敏感元件、上盖、内芯、外壳、信号处理电路；其中，所述敏感元件布置于内芯的顶端，并与内芯共同置于由上盖和外壳嵌套形成的封装腔体中；信号处理电路设置于封装腔体的外部；

13、所述液体密封件上端形成开放腔体，且导电体的一端固定在导电体连接件上后，另一端被置入所述开放腔体中并与开放腔体的内壁形成过渡配合，使得导电体与开放腔体底部之间形成密封的液体容腔；所述储液槽安装于液体密封件的侧面，并与液体容腔连通；上盖的顶端通过螺纹连接于液体密封件的底部；感知器件通过上盖固定安装于传感器固定件上。

14、进一步地，导电体连接件与外部步进轴固定连接，用于在外部步进轴的驱动下，调节导电体嵌入开放腔体的顶端与上盖之间的距离；此外，导电体连接件还与外部数显微分尺连接，用于通过外部数显微分尺实现导电体嵌入开放腔体的顶端与上盖之间的距离控制和距离显示。

15、进一步地，当进行导电体曲面的曲率检测时，只需设置敏感元件与导电体同轴，在间隙厚度一定的条件下，可测量导电体曲面的曲率，无需使用液体密封件和油槽。

16、进一步地，所述储液槽用于向液体容腔释放液体介质，使得导电体置入开放腔体的一端覆盖有液膜。

17、进一步地，内芯中部、外壳底部以及传感器固定件内部均设有供敏感元件的引出线连接至信号处理电路的引出通道。

18、有益效果：

19、1、本发明提供一种曲面微小间隙与曲率的检测方法，利用敏感元件的输出阻抗随敏感元件与导电体距离变化或导电体曲率半径变化而单调变化的特性，可实现对曲面微小间隙或曲率的检测。

20、2、本发明提供一种检测曲面微小间隙或曲率的感知器件及实验装置，在滚动轴承润滑油膜厚度或滚动体曲率检测、航空发动机喷管与燃烧室壁面冷却液膜厚度检测等工况下，能够在不破坏被测表面与液膜状态的前提下，实现曲面微小间隙或曲率的检测。

1.一种曲面微小间隙或曲率的检测方法，其特征在于，在检测前设置敏感元件与导电体同轴状态，当敏感元件与导电体轴线处的距离，即间隙厚度或导电体曲率发生变化时，导电体表面产生的电涡流强度发生变化导致敏感元件阻抗变化进而导致信号处理电路的输出电压变化。

2.如权利要求1所述的一种曲面微小间隙或曲率的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的一种曲面微小间隙或曲率的检测方法，其特征在于，当导电体的曲率保持不变时，随着间隙厚度变化，敏感元件的阻抗发生变化进而导致信号处理电路的输出电压变化，同时，将间隙厚度为0时的输出电压作为感知器件的零点电压；

4.一种曲面微小间隙或曲率的感知器件，其特征在于，包括敏感元件、封装、信号处理电路；所述敏感元件用于获取导电体与敏感元件间的微小间隙厚度或曲率信息；所述信号处理电路用于根据敏感元件的阻抗信息获取导电体与敏感元件间的微小间隙厚度或曲率信息；

5.如权利要求4所述的一种曲面微小间隙或曲率的感知器件，其特征在于，封装的形状与轴承外圈的内轨道或者轴承内圈的外形匹配；敏感元件为电涡流检测线圈，且封装均采用不导电的材料制作。

6.一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，其特征在于，所述感知器件与导电体连接件、液体密封件、储液槽以及传感器固定件共同构成实验装置，其中，感知器件包括敏感元件、上盖、内芯、外壳、信号处理电路；其中，所述敏感元件布置于内芯的顶端，并与内芯共同置于由上盖和外壳嵌套形成的封装腔体中；信号处理电路设置于封装腔体的外部；

7.如权利要求6所述的一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，其特征在于，导电体连接件与外部步进轴固定连接，用于在外部步进轴的驱动下，调节导电体嵌入开放腔体的顶端与上盖之间的距离；此外，导电体连接件还与外部数显微分尺连接，用于通过外部数显微分尺实现导电体嵌入开放腔体的顶端与上盖之间的距离控制和距离显示。

8.如权利要求6所述的一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，其特征在于，当进行导电体曲面的曲率检测时，只需设置敏感元件与导电体同轴，在间隙厚度一定的条件下，测量导电体曲面的曲率，无需使用液体密封件和油槽。

9.如权利要求6所述的一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，其特征在于，所述储液槽用于向液体容腔释放液体介质，使得导电体置入开放腔体的一端覆盖有液膜。

10.如权利要求6所述的一种曲面微小间隙或曲率的实验装置，其特征在于，内芯中部、外壳底部以及传感器固定件内部均设有供敏感元件的引出线连接至信号处理电路的引出通道。