FI119707B - Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces - Google Patents

Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces Download PDF

Info

Publication number
FI119707B
FI119707B FI20041622A FI20041622A FI119707B FI 119707 B FI119707 B FI 119707B FI 20041622 A FI20041622 A FI 20041622A FI 20041622 A FI20041622 A FI 20041622A FI 119707 B FI119707 B FI 119707B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
distance
light
optical fiber
reflected
recess
Prior art date
Application number
FI20041622A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20041622A0 (en
FI20041622A (en
Inventor
Jari Koskinen
Ari Lehto
Helena Ronkainen
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI20041622A priority Critical patent/FI119707B/en
Publication of FI20041622A0 publication Critical patent/FI20041622A0/en
Priority to PCT/FI2005/000534 priority patent/WO2006064086A1/en
Publication of FI20041622A publication Critical patent/FI20041622A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI119707B publication Critical patent/FI119707B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/246—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to wear, e.g. sensors for measuring wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G01K11/125—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance using changes in reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

Menetelmä ja sovitelma kahden pinnan välisen kontaktin monitoroimiseksiMethod and arrangement for monitoring contact between two surfaces

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä kahden pinnan, erityisesti kahden toisiinsa nähden liikkuvan pinnan, välisen kontaktin 5 monitoroimiseksi. Tyypillisesti tällaisia kahden pinnan välisiä kontakteja esiintyy liukuja vierintälaakereissa, hammaspyörästöissä ja muissa koneenrakennuksen liukuvissa tai vierivissä kontakteissa.The invention relates to a method for monitoring the contact 5 between two surfaces, in particular two surfaces moving relative to one another, according to the preamble of claim 1. Typically, such two-surface contacts occur on slides in rolling bearings, gears, and other sliding or rolling contacts in mechanical engineering.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän soveltamiseksi tarkoitettu sovitelma.The invention also relates to an arrangement for applying the method.

1010

Kahden liikkuvan pinnan välisessä kontaktissa esiintyvien voimien, jännitysten ja lämpötilan ja näiden muutosten mittaaminen on varsin hankalaa. Kontaktikohtaan ei luonnollisestikaan voida suoraan viedä tavallisia mittalaitteita koska ne joko vaurioituisivat pintojen välissä tai vaikuttaisivat muuten liikaa kontaktin olosuhteisiin, 15 jolloin luotettavaa mittaustulosta ei saataisi. Luotettavalla ja mitattavaan kohteeseen mahdollisimman vähän vaikuttavalla ja myös edullisella mittaustavalla voitaisiin kuitenkin saada huomattavasti uutta tietoa tribologisten kontaktien toiminnasta.It is quite difficult to measure the forces, stresses and temperatures in contact between two moving surfaces. Of course, ordinary measuring instruments cannot be directly introduced into the contact point because they would either be damaged between the surfaces or otherwise over-influence the contact conditions 15, thus failing to produce a reliable measurement result. However, with a reliable and minimal effect on the object being measured, and also with an inexpensive method, considerable new information on the operation of tribological contacts could be obtained.

Riittävän edullisen anturin ja mittausjärjestelmän yhdistelmällä voitaisiin saada : huomattavia etuja kunnossapidossa ja erilaisten koneiden käytettävyydessä kun • · : 20 todellinen huollon tarve pystyttäisiin arvioimaan nykyistä tarkemmin.A combination of a sufficiently inexpensive sensor and measuring system could provide: Significant benefits in terms of maintenance and availability of various machines when the · ·: 20 actual need for maintenance could be more accurately estimated.

• ♦ • · · • · · ··· ·;··· Yksi erityisen kiinnostava kohde on liukulaakerit. Liukulaakerit ovat komponentteja, ··· joita käytetään yleisesti koneenrakennuksessa. Ne tukevat ja ohjaavat pyöriviä ·«·· :***: koneenosia ja tyypillisesti niitä käytetään mm. moottoreissa, turpiineissa ja 25 generaattoreissa. Liukulaakerissa liikkuvan koneenosan, esimerkiksi akselin, ja kiinteän • · ί,γ’ koneenosan, esimerkiksi laakeripesän, välissä on nestekalvo, tavallisesti öljykalvo, • · · jonka varassa liikkuva koneenosa pääsee liikkumaan. Koska liike tapahtuu nestekalvon ;*·,· varassa, on laakerin kuormankantokyky hyvä ja kuluminen vähäistä. Liukulaakereiden • · ·;··; toimivuuden kannalta keskeinen tekijä on voitelukalvo, jonka kautta voimat siirtyvät : 30 akselista laakeriin. Voitelukalvon pettäminen johtaa laakerin lämpötilan kohoamiseen, • · · • ·• ♦ • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Plain bearings are components that are commonly used in mechanical engineering. They support and control the rotating · «··: ***: machine parts and are typically used in, e.g. engines, turbines and 25 generators. In the sliding bearing, there is a fluid film, usually an oil film, between a movable machine part, such as an shaft, and a fixed machine part, such as a bearing housing, for moving the moving machine part. Due to the movement of the fluid film; * ·, ·, the bearing capacity of the bearing is good and wear is low. Slide bearings • · ·; ··; a key component for performance is the lubrication film through which the forces are transmitted: from 30 shafts to the bearing. Failure of the lubrication film will result in higher bearing temperatures, • · · • ·

Liukulaakereiden monitorointi on tärkeää mahdollisten vaurioiden ennakoimiseksi, .···. laakeripintojen tuhoutumiseen ja lopulta koko laakerin vaurioitumiseen.Monitoring of plain bearings is important to prevent possible damage,. destroying the bearing surfaces and eventually the entire bearing.

• · • · · 2 mutta tällä hetkellä mittaava kunnonvalvonta rajoittuu joko lämpötilan mittaamiseen laakerimetallin ulkopinnalta tai värähtelyjen mittaamiseen laakeripesän ulkokuorelta. Jos halutaan mitata liukulaakerin toimintaan ratkaisevasti vaikuttavia parametreja, kuten voitelukalvon painetta tai lämpötilaa, on anturi vietävä suoraan tribologiseen 5 kosketuskohtaan. Tämä on varsin haasteellinen tehtävä, sillä tribologisessa kontaktissa vallitsee korkea paine, kuormitustilanne on dynaaminen ja kontaktiin vaikuttavat värähtelyt. Lisäksi anturi ei saa häiritä voitelukalvon ja laakerin toimintaa, eikä vaikuttaa epäedullisesti laakerin kestoikään. Haasteellisuutensa vuoksi tämäntyyppisen anturoinnin kehittäminen ei ole aiemmin ollut mahdollista.• · • · · 2 but currently measuring condition monitoring is limited to either measuring the temperature of the outer surface of the bearing metal or the vibrations of the outer shell of the bearing housing. If it is desired to measure parameters that are critical to the operation of the plain bearing, such as lubrication film pressure or temperature, the sensor must be placed directly at the tribological point of contact. This is a very challenging task because of the high pressure in tribological contact, the dynamic loading situation and the vibrations affecting the contact. In addition, the sensor must not interfere with the function of the lubrication diaphragm and bearing nor adversely affect bearing life. Due to its challenges, it has not been possible to develop this type of sensor before.

1010

Yksi tapa tutkia liukulaakerin öljykalvon toimintaa on porata laakerimetalliin reikä ja asettaa reikään pienikokoinen paineanturi. Tässä tapauksessa reiän on oltava riittävän suuri, jotta anturi mahtuu siihen ja että öljy pääsee vaikuttamaan suoraan anturiin niin ettei reikä aiheuta haitallista kuristusta. Näistä syistä reiästä tulee melko suuri verrattuna 15 esimerkiksi nestekalvon paksuuteen. Nestekalvoon ulottuva reikä muuttaa nesteen virtausta ja siten painetta mittauskohdassa. Anturi ei siis mittaa todellista painetta kalvossa eikä tällä tavoin saada luotettavaa kuvaa todellisesta tilanteesta mittauskohdassa. Nestekalvon liike ja virtaus reiän kohdalla voivat aiheuttaa myös .'. >: nopeaa kulumista reiän kohdalla o levässä erittäin pehmeässä laakerimetallissa.One way to study the function of a plain bearing oil film is to drill a hole in the bearing metal and insert a small pressure sensor into the hole. In this case, the hole must be large enough to accommodate the sensor and allow the oil to directly impact the sensor so that the hole does not cause harmful throttling. For these reasons, the hole becomes quite large compared to, for example, the thickness of the liquid film. The hole extending into the liquid membrane changes the fluid flow and thus the pressure at the point of measurement. Thus, the sensor does not measure the actual pressure in the diaphragm and thus does not provide a reliable picture of the actual situation at the measuring point. Fluid film movement and flow at the hole can also cause. '. >: rapid wear at the hole o in very soft bearing metal.

: 20 • · · • · : Tribologisen kontaktin mittaukseen on laboratorio-olosuhteissa pyritty valmistamaan • · · ·;··· ohutkalvoantureita. Niissä ohutkalvotekniikan avulla pyritään valmistamaan anturi •j* suoraan laakeripinnalle pinnoitus- ja teksturointitekniikoita käyttämällä. Tekniikkaa on : tutkittu Japanissa Tokion yliopistossa, jossa on mitattu liukulaakeria ja siinä vaikuttavia 25 parametreja (Someya, T., Mihara, Y., New thin-film sensors for engine bearings. In: ·.·.* Proceedings of CIMAC Congress 2004, Kyoto. Paper No. 91, 16p).: 20 • · · · ·: Under laboratory conditions, thin film sensors have been manufactured to measure tribological contact. They use thin-film technology to fabricate the sensor • j * directly on the bearing surface using coating and texturing techniques. The technique has been: studied at the University of Tokyo, Japan, where a plain bearing and its 25 parameters are measured (Someya, T., Mihara, Y., New thin-film sensors for engine bearings. In: ·. ·. * Proceedings of CIMAC Congress 2004, Kyoto. Paper No. 91, 16p).

• · · ·...· Ohutkalvoanturikonstruktion avulla mittauspiste on viety laakerin liukupintaan. Tässä t ratkaisussa anturi on muodostettu laakerimetallin pinnalle ja itse anturiosa eli reagoiva • 0 *:·*: kalvo, on suojakerroksen alla. Erilaisia reagoivia kalvoja käyttämällä voidaan mitata 0 : 30 liukukontaktissa öljynpainetta, lämpötilaa ja venymää liukulaakerin liukupinnalta. Tämä 0 0 .*··. lähestymistapa avaa uuden mahdollisuuden päästä seuraamaan todellisessa 0 0 0 tribologisessa kontaktissa vallitsevia olosuhteita. Periaatteessa tällä anturirakenteella 3 voitaisiin päästä mittaamaan luotettavasti tribologista kontaktia ainakin liukulaakereissa. Tämä tekniikka on kuitenkin vielä kehittymässä eikä sen soveltumisesta jatkuvaan teolliseen käyttöön ole kokemuksia. Yksi mahdollinen ongelma voi olla anturirakenteen kuoriutuminen irti paineen alaisesta pinnasta. Ainakin 5 vierintä- tai voitelemattoman liukukosketuksen mittauksessa tämä voi olla ongelma.• · · · ... · The thin-film sensor design is used to move the measuring point to the bearing sliding surface. In this solution, the sensor is formed on the surface of the bearing metal and the sensor part itself, i.e. the reactive • 0 *: · *: membrane, is under the protective layer. Using various reactive membranes, the oil pressure, temperature and elongation of the sliding bearing sliding surface can be measured at 0:30 slip contact. This 0 0. * ··. this approach opens up a new opportunity to follow the circumstances of true 0 0 0 tribological contact. In principle, this sensor structure 3 could reliably measure tribological contact, at least in glide bearings. However, this technology is still under development and there is no experience of its application in continuous industrial use. One possible problem may be the detachment of the sensor structure from the surface under pressure. This can be a problem when measuring at least 5 rolling or non-lubricating slip contacts.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan luotettava ja edullinen mittaustapa, jolla kahden toistensa suhteen liikkuvan pinnan välisen kontaktin olosuhteiden mittaaminen on mahdollista siten, että itse mitattavaan kohteeseen vaikutetaan mahdollisimman 10 vähän.The object of the invention is to provide a reliable and inexpensive measuring method in which it is possible to measure the contact conditions between two moving surfaces relative to each other so that the object to be measured itself is affected as little as possible.

Keksintö perustuu siihen, että kahden toistensa suhteen liikkeessä tai levossa olevan kappaleen liikkumattomaan kappaleeseen tehdään kontaktissa olevan pinnan taakse syvennys, joka ulottuu kohti kontaktissa olevaa pintaa. Syvennyksen pohjasta 15 välimatkan päähän sovitetaan ilmaisin, jolla tarkkaillaan ilmaisimen ja syvennyksen pohjan välistä tilaa halutun suureen ilmaisemiseksi.The invention is based on making a recess which extends towards the contacting surface on a stationary body of two bodies in motion or at rest relative to one another. A detector is disposed at a distance from the bottom of the recess 15 to monitor the space between the detector and the bottom of the recess to indicate the desired quantity.

Yhden keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan rakenteessa mitataan syvennyksen .'. j pohjan asemaa.According to a preferred embodiment of the invention, the recess is measured in the structure. '. j bottom position.

;·. : 20 • · : Yhden keksinnön erityisen edullisen suoritusmuodon mukaan mitataan syvennyksen ··· •: · · · pohjan asemaa optisen mittauksen avulla.; ·. : 20 · ·: According to a particularly preferred embodiment of the invention, the position of the bottom ··· •: · · · of the recess is measured by optical measurement.

♦ ··« ··♦· : **: Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, 25 mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.In particular, the process of the invention is characterized in what is set forth in the characterizing part of claim 1.

• · • · · • · · • · • · · ·...· Keksinnön mukaiselle sovitelmalle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty m :1·.· patenttivaatimuksen 17 tunnusmerkkiosassa.The arrangement according to the invention, in turn, is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 17.

• · • · : 30 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.The invention provides considerable advantages.

• ·· • · e · • · • · • · · 4• ·· • · e · • · • • • · 4

Keksinnön tärkein etu on se, että kontaktissa oleva pinta jää täysin ehjäksi, jolloin mitattavan kohteen ominaisuudet eivät oleellisesti muutu eikä mittaus vaikuta kohteessa tapahtuviin ilmiöihin. Nestekalvon varassa toimivissa kohteissa nestekalvo pysyy ehjänä ja siinä tapahtuvat virtaukset muuttumattomina. Vierintäkosketuksessa tai 5 kuivassa liukuvassa kosketuksessa voidaan välttyä pinnan murtumiselta koska pintaan ei muodostetaan murtuman aloittavaa säröä. Jos mittaukseen käytetään optisen kuidun ja valon avulla tehtävää mittausta, voidaan mittauksessa esiintyvä kohina minimoida helposti nopealla näytteen otolla ja esimerkiksi liukuvalla keskiarvoistuksella.The main advantage of the invention is that the contact surface remains completely intact, whereby the properties of the object to be measured do not substantially change and the phenomena occurring in the object are not affected by the measurement. For objects that rely on a liquid membrane, the fluid membrane remains intact and the currents in it remain unchanged. Rolling contact or dry sliding contact 5 can prevent surface fracture because no fracture initiating fracture is formed on the surface. If optical fiber and light measurement is used for measurement, noise during measurement can be easily minimized by rapid sampling and, for example, sliding averaging.

Myöskään teollisuusympäristössä esiintyvät voimakkaat sähköiset häiriöt eivät voi 10 vaikuttaa optiseen mittaukseen, joten mittaustiedon käsitteleminen on helpompaa eikä tarvita monimutkaista ja kallista häiriösuojausta. Optinen ilmaisu on erittäin luotettava ja stabiili. Tällä tavoin päästään luotettavaan ja hinnaltaan edulliseen mittaustapaan.Also, strong electrical interference in an industrial environment cannot affect optical measurement, so that processing of measurement data is easier and does not require complex and expensive shielding. Optical detection is extremely reliable and stable. In this way, a reliable and inexpensive measurement method is achieved.

Keksinnön mukainen rakenne on kohtuullisen helppo toteuttaa koneenrakennuksen ja optisten kuitujen käytössä tunnettujen tekniikoiden avulla. Joissakin tapauksissa 15 voidaan käyttää muitakin ilmaisutapoja kontaktissa olevan pinnan taakse muodostetun syvennyksen pohjan ja ilmaisimen välisen etäisyyden mittaamiseksi. Mahdollisista mittaustavoista mainittakoon kapasitiivinen ja induktiivinen mittaus. Näiden mittaustapojen heikkoutena on kuitenkin häiriöherkkyys ja epästabiilius verrattuna . *. <: optiseen mittaukseen.The structure of the invention is reasonably easy to implement using known techniques in machine building and the use of optical fibers. In some cases, other detection methods 15 may be used to measure the distance between the bottom of the recess formed behind the contact surface and the detector. Among the possible measurement methods are capacitive and inductive measurement. However, these measuring methods have the disadvantage of interference sensitivity and instability in comparison. *. <: For optical measurement.

·*· · 20 • ·· • · : Optinen mittaus on edullista toteuttaa yksinkertaisena heijastuneen valon intensiteetin ··· *:··; mittauksena. Tällä tavoin päästään jo varsin suureen tarkkuuteen. Erittäin suurta tarkkuutta vaativissa kohteissa voidaan muodostetusta syvennyksestä ja siihen • · · ί>##: sovitetusta optisesta kuidusta muodostaa monokromaattisen valon avulla toimiva Fabry- 25 Perot-interferometri, jolloin mittaustarkkuudeksi etäisyyden osalta saadaan käytettävän • · •.:: aallonpituuden osia.· * · · 20 • ·· • ·: Optical measurement is advantageous to perform as a simple reflection of the intensity of the light ··· *: ··; measurement. In this way, a high degree of accuracy is already achieved. In very high-precision objects, the recessed and • optical fiber fitted to it can be converted into a Fabry-Perot interferometer operating in monochromatic light, enabling the measurement of the wavelength of the • ·. ::.

·»· • · • · • · · : ’ ·. · Keksintöä tarkastellaan seuraavassa esimerkkien avulla ja oheisiin piirustuksiin viitaten.· »· • • • • • •: ''. The invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings.

* · • ♦ : 30 Kuvio 1 on kaaviokuva yhdestä keksinnön mekaanisen rakenteen suoritusmuodosta.Figure 1 is a diagrammatic view of one embodiment of the mechanical structure of the invention.

• · • · · • · • · • · ·• · · · · · · · · · ·

Kuvio 2 esittää keksinnön vaihtoehtoista suoritusmuotoa.Figure 2 shows an alternative embodiment of the invention.

55

Kuviot 3-5 esittävät kaaviokuvana intensiteettimittauksen periaatetta.Figures 3-5 illustrate schematically the principle of intensity measurement.

Kuvio 6 esittää kaaviokuvana intensiteettimittauksen mittausjärjestelyä.Fig. 6 is a diagrammatic representation of an arrangement for measuring intensity measurement.

5 Kuvio 7 esittää yhtä keksinnössä tarvittavan syvennyksen muotoa.Figure 7 shows one form of the recess required in the invention.

Seuraavassa tribologisella kontaktilla tarkoitetaan kahden pinnan välistä kontaktia, jossa pinnat vaikuttavat toisiinsa joko suoraan tai nestekalvon välityksellä. Tällaisia kontakteja ovat muun muassa liukuva liike kuivana, liukuva liike nestekalvon varassa ja 10 vierivä liike, kahden toisiinsa nähden liikkumattoman pinnan välinen kosketus kuten pintojen välinen puristus sekä näiden yhdistelmät.In the following, the tribological contact refers to the contact between two surfaces in which the surfaces interact with one another directly or through a liquid film. Such contacts include, but are not limited to, sliding motion when dry, sliding motion on a fluid film, and rolling motion, contact between two non-moving surfaces such as compression between surfaces and combinations thereof.

Kuviossa 1 on kuvattu yksi keksinnön mukainen rakenne varsin pelkistettynä. Siinä laakerimetalliin 1 on tehty syvennys 5, joka ulottuu lähelle tribologisessa kontaktissa 15 olevaa pintaa 8. Tässä esimerkissä pinta on liukulaakerin laakeriliuskan pinta.Figure 1 illustrates one embodiment of the invention in quite reduced form. Herein, the bearing metal 1 is provided with a recess 5 which extends close to the surface 8 of the tribological contact 15. In this example, the surface is the surface of the plain bearing bearing strip.

Syvennyksen 5 pohja 3 on edullisesti kiillotettu tai muuten riittävän heijastavaksi käsitelty pinta. Kiillotuksen tai pintakäsittelyn tarve riippuu reiän valmistusmenetelmästä eikä erityistä reiän pohjan käsittelyä välttämättä aina tarvita.The bottom 3 of the recess 5 is preferably a polished or otherwise sufficiently reflective surface. The need for polishing or surface treatment depends on the method used to make the hole and special treatment of the bottom of the hole may not always be necessary.

.’. j Seuraavassa pohjaa kutsutaan peilipinnaksi 3. Syvennyksen sisään on sovitettu optinen • · ;\· 20 kuitu 4, joka muodostuu ytimestä 6 ja kuorikerroksesta 7. Kuidun pää on välimatkan • · ; päässä peilipinnasta 3, joten kuidun pään ja peilipinnan välille muodostuu • · · ·;··· havainnointitila eli etalon 2. Syvennyksen pohjan ja kontaktissa olevan pinnan välinen ·;· etäisyys on s.. '. j In the following, the base is referred to as a mirror surface 3. An optical fiber • ·; \ · 20 is formed inside the recess, consisting of a core 6 and a skin layer 7. The end of the fiber is · ·; from the mirror surface 3 so that a detection space is formed between the fiber end and the mirror surface, i.e., Etalon 2. The distance between the bottom of the recess and the contact surface is s;

• · · · " * • · · • · • · ··· 25 Kuvion 2 vaihtoehtoisessa ratkaisussa etalon 2 on täytetty termokromisella materiaalilla • · V,·' 9, esimerkiksi termokromisella polymeerillä, jonka väri muuttuu lämpötilan muuttuessa.In an alternative embodiment of Figure 2, Etalon 2 is filled with a thermochromic material, e.g., a thermochromic polymer which changes color as the temperature changes.

• · · ·...· Yksi esimerkki tällaisesta materiaalista on termokromisella pigmentillä seostettu :*·.· akryyli. Tämän suoritusmuodon mukaisessa ratkaisussa liukulaakerin tai muun pinnan • · ·:**: lämpötilaa mitataan mittaamalla peilipinnasta 3 heijastunutta säteilyä. Koska : 30 termokromaattisen materiaalin väri muuttuu lämpötilan muuttuessa, optiseen kuituun • · · • · .·**. takaisin heijastuvan valon väri muuttuu samalla ja lämpötila voidaan ilmaista valon väri • · · ilmaisemalla. Ilmaisu voidaan tehdä värisuotimien avulla mittaamalla kunkin eri väriä 6 läpäisevän suotimen läpäisemän valon määrää. Lämpötilan ilmaisuun voidaan käyttää myös lämpötilan mukaan polariteettiaan muuttavaa optisesti aktiivista ainetta, jolloin polarisaation kiertymän avulla voidaan ilmaista lämpötila. Tämän ratkaisun etuna on se, että lämpötilamittaus saadaan lähelle mitattavaa kohdetta. Optinen kuitu vaatii myös 5 paljon pienemmän reiän tai syvennyksen kuin esimerkiksi termoelementti.• · · · ... · An example of such a material is doped with a thermochromic pigment: * · · · acrylic. In the solution of this embodiment, the temperature of the sliding bearing or other surface • · ·: **: is measured by measuring the radiation reflected from the mirror surface 3. Because: 30 thermochromatic materials change color as the temperature changes, the optical fiber • · · • ·. **. the color of the reflected light changes at the same time, and the temperature can be detected by indicating the color of the light. The detection can be done by color filters by measuring the amount of light transmitted by each filter 6 which passes through different colors. An optically active substance that changes its polarity according to temperature can also be used for temperature detection, whereby the temperature can be detected by rotation of the polarization. The advantage of this solution is that the temperature measurement can be obtained near the object to be measured. The optical fiber also requires 5 much smaller holes or recesses than, for example, a thermocouple.

Kuviossa 3 - 5 on esitetty periaate peilipinnan etäisyyden mittaamiseksi. Koska peilipinta 3 liikkuu kontaktissa olevaa pintaa 8 kohti kohdistuvan paineen vaikutuksesta, peilipinnan liikkeen avulla voidaan mitata esimerkiksi liukulaakerissa öljykalvosta 10 laakeriin kohdistuvaa painetta. Peilin liikkeen mittaus toteutetaan optisen kuidun 4 pään ja peilipinnan 3 välisen etäisyyden mittauksena. Optisen kuidun 4 pää sijoitetaan tarkasti määrätylle etäisyydelle l peilipinnasta 3 Kuidun 4 päässä on linssi 10, joka voidaan valmistaa edullisesti kuidun päätä muokkaamalla. Näin ei tarvita mitään erillisiä osia, vaan kuitu linsseineen on yhtenäinen kappale. Kuitulinssi 10 tarkentaa 15 kuidusta tulevan valonsäteen 13 tarkennuspisteeseen tarkennusetäisyydelle 11.Figure 3-5 illustrates the principle of measuring the distance of a mirror surface. Since the mirror surface 3 moves under pressure from the contact surface 8, the movement of the mirror surface can, for example, measure the pressure exerted by the oil film 10 on the bearing in the slide bearing. The motion of the mirror is measured by measuring the distance between the end of the optical fiber 4 and the mirror surface 3. The end of the optical fiber 4 is positioned at a precisely defined distance 1 from the mirror surface 3 The end of the fiber 4 is provided with a lens 10 which can be advantageously manufactured by modifying the end of the fiber. Thus, no separate parts are needed, and the fiber and its lenses are integral. The fiber lens 10 focuses the light beam 13 from the 15 fibers to the focus point 11 at a focusing distance 11.

Tarkennusetäisyys 11 on kuidun pään ja pelipinnan 3 välissä. Kuvioissa 4 ja 5 näkyy peilipinnan 3 ja kuitulinssin 10 välisen etäisyyden muuttumisen vaikutus. Kun peilipinta 3 on ääriasennossaan mahdollisimman kaukana tarkennusetäisyydestä 11, .'. j kuidun 4 ytimestä 6 tuleva valo hajoaa leveäksi keilaksi 12 peilipinnalle 3. Nyt • · j*.J 20 peilipinta heijastaa laajan paluukeilan 14 kohti optisen kuidun päätä ja linssiä 10 ja suuri • · : osa heijastuneesta valosta osuu kuidun 4 kuorikerrokseen 7 ja ytimeen 6 osuvaan ··· *:··· palaavan valon intensiteetti on pieni. Kun peilipinta 3 siirtyy lähemmäs _ ··· tarkennusetäisyyttä kuvion 5 mukaisesti, suurempi osa heijastuvasta valosta 14 osuu • · · : : optisen kuidun ytimeen 6. Siten heijastuneen valon intensiteettiä mittaamalla voidaan 25 mitata peilipinnan ja optisen kuidun pään välisen etäisyyden muutos. Kun tämä • · etäisyyden muutos kalibroidaan kullekin käyttökohteelle sopivaksi, voidaan ilmaista ··· mitattavaan pintaan kohdistuva absoluuttinen tai suhteellinen paine.The focusing distance 11 is between the fiber end and the playing surface 3. Figures 4 and 5 show the effect of changing the distance between the mirror surface 3 and the fiber lens 10. When the mirror surface 3 is in its extreme position as far away from the focusing distance 11,. '. The light emanating from the core 6 of the fiber 4 diffuses into a wide beam 12 on the mirror surface 3. Now, the mirror surface of the j * .j 20 reflects the wide return beam 14 towards the optical fiber head and lens 10 and large. · ··· *: ··· The intensity of the incident light is low. As the mirror surface 3 moves closer to the focusing distance as shown in FIG. 5, a greater portion of the reflected light 14 hits the optical fiber core 6. Thus, by measuring the intensity of the reflected light, the change in distance between the mirror surface and the optical fiber end can be measured. By calibrating this • · distance change to suit each application, absolute or relative pressure on the · · · · · · · surface to be measured can be expressed.

• · • · · • ·· • · *:·*: Periaatteessa peilipinta voi olla optisen kuidun ja tarkennusetäisyyden välissäkin.*: · *: In principle, the mirror surface may be between the optical fiber and the focusing distance.

: 30 Tällöin peilipinnan etäisyyden muuttuessa tapahtuu vastaava intensiteetin muutos kuin • · · • · .*··. edellä kuvatussa esimerkissäkin. Intensiteetin muutos on kuitenkin heikompi, joten • · · peilipinnan on edullista olla tarkennusetäisyyttä kauempana.: 30 In this case, as the distance of the mirror surface changes, the same intensity change occurs as • · · • ·. * ··. as in the example above. However, the intensity change is less pronounced, so it is advantageous to have the mirror surface farther away from the focusing distance.

77

Kuviossa 4 on esitetty havainnollisuuden vuoksi laakerin kontaktissa oleva pinta 8, laakerissa pyörivä akseli 15 ja niitä erottava öljykerros 16.Figure 4 illustrates, by way of illustration, the bearing contact surface 8, the rotary shaft 15 in the bearing, and the oil layer 16 separating them.

5 Kuviossa 6 on kuvattu yksinkertaistettuna edellä esitetyn etäisyysmittauksen yksi toteutustapa. Siinä valonlähteellä 17 kohdistetaan valoa kuituun 18, jolla valo ohjataan edelleen kuitua 19 pitkin anturiin 20. Heijastuneen valon ilmaisua varten valonlähteen kuidun 18 ja anturin 20 kuidun 19 liitoskohdasta lähtee haaroitettuna ilmaisimen kuitu 21, joka johtaa intensiteetti-ilmaisimelle 22. Valonlähteenä voidaan käyttää 10 erikoiskirkasta (superbright) lediä tai muuta riittävän voimakasta valonlähdettä. Ilmaisimeksi 22 sopivat tavanomaiset valonilmaisimet. Koska intensiteettimuutos keksinnön mukaisessa ratkaisussa on voimakas, ilmaisimelta ei vaadita suurta herkkyyttä.Figure 6 illustrates, in simplified form, one embodiment of the distance measurement described above. The light source 17 is applied to the light 18 to direct light further along the fiber 19 to the sensor 20. For detecting reflected light, the junction of the detector fiber 21 is output from the junction of the light source fiber 18 and the fiber 19 of the sensor 20. superbright) LED or other light source of sufficient intensity. The detector 22 is suitable for conventional light detectors. Since the intensity change in the solution according to the invention is strong, high sensitivity is not required for the detector.

15 Jos tarvitaan erityisen suurta mittaustarkkuutta, peilipinnan ja optisen kuidun etäisyyden mittaamiseen voidaan käyttää monokromaattista tai laajakaistaista valoa ja Fabry-Perot- periaatetta. Tämä mittaustapa perustuu lähetetyn valon ja heijastuneen valon interferenssiin etalonissa. Heijastuneen valon vaihe osuu aina aallonpituuden ja : valonlähteen välisen etäisyyden mukaan välillä vastakkaisvaiheiseksi ja • ♦ .*.J 20 samanvaiheiseksi tulevan valon aallon kanssa, jolloin heijastunut valo vuoroin j sammuttaa ja vuoroin voimistaa tulevaa valoa. Tämä voidaan ilmaista kuidussa pimeinä »·· ·;··· ja valoisina kohtina ja niiden avulla voidaan laskea peilipinnan etäisyys tulevan valon ··· lähteestä.15 If extremely high measurement accuracy is required, monochromatic or broadband light and the Fabry-Perot principle may be used to measure the distance between the mirror surface and the optical fiber. This method of measurement is based on the interference of transmitted light and reflected light in the reference. The phase of reflected light always coincides with the wavelength and: distance between the light source and the opposite phase and • ♦. *. J 20 is in phase with the incoming light wave, in which case the reflected light turns off and intensifies the incoming light. This can be expressed in the fiber as dark »·· ·; ··· and luminous spots, and can be used to calculate the distance of the mirror surface from the ··· source of incident light.

···· ··· • · • · ··· 25 Kuviossa 7 on esitetty yksi mekaaninen ratkaisu anturin toteuttamiseksi. Siinä • · laakerimetalliin tulevaan syvennykseen 5 on muodostettu olake 23, jota vasten kuidun ··· *...ϊ vaippa 7 voidaan työntää. Näin kuidun pään ja peilipinnan 3 väline etäisyys saadaan j\j helposti asetettua. Peilipinnan 3 reunoille on puolestaan työstetty rengasmainen upotus • · ·;··· 24. Näin peilipinnan 3 sivuille muodostuu kapeat kannakset 25 laakerimetalliin 1. Nyt .·] ; 30 taipuma tapahtuu kannaksien 25 kohdalla ja peilipinta jää suoraksi. On huomattava, että • ·· • · .···. syvennyksen, olakkeen ja upotuksen muodot on tässä esitetty yksinkertaisuuden vuoksi • · ··· suorakulmaisina ja terävinä. Todellisessa rakenteessa kulmat on kuitenkin edullisesti 8 muotoiltava pyöreiksi tai muulla tavoin siten, että niiden särövaikutus on mahdollisimman pieni. Tällöin minimoidaan se mahdollisuus, että rakenne muodostaa mahdollisesti murtuman alkukohdan. Tämä muotoilu kuuluu tavallisen koneenrakennuksen piiriin.Figure 7 shows one mechanical solution for implementing the sensor. A shoulder 23 is formed in the recess 5 in the bearing metal, against which the sheath 7 of the fiber ··· * ... ϊ can be pushed. Thus, the distance between the head of the fiber and the mirror surface 3 can be easily set. The periphery of the mirror surface 3, in turn, is machined with an annular recess • · ·; ··· 24. This creates narrow heels on the sides of the mirror surface 3 for 25 bearing metals 1. Now.]]; The deflection 30 occurs at the heels 25 and the mirror surface remains straight. It should be noted that • ·· • ·. ···. the shapes of the recess, shoulder, and recess are shown here for simplicity and · · ··· rectangular and sharp. However, in the actual structure, the angles 8 should preferably be rounded or otherwise such that their distortion effect is minimized. This minimizes the possibility that the structure may be the starting point for a fracture. This design is part of ordinary machine building.

55

Varsinaisen anturirakenteen mitoitus riippuu osittain optisen kuidun mitoista ja osittain itse mitattavasta kohteesta. Optisen kuidun ytimen halkaisija on noin 10 - 50 pm ja vaipan noin 125 pm. Kuitua ympäröi suojaholkki, jonka halkaisija on noin 0.5 - 2 mm. Hoikin halkaisija määrää tietenkin laakerimetalliin tehtävän reiän halkaisijan. 10 Peilipinnan 3 ja kontaktissa olevan pinnan 8 välisen kalvon paksuus s riippuu laakerissa olevan öljykerroksen paksuudesta, laakerimateriaalista ja milloin kyseessä on muu kontakti kuin liukulaakeri, myös kontaktin tyypistä. Tavanomaisille liukulaakereille laakerimetallikalvon paksuus on muutamia satoja pm, jolloin peilin suurin liikematka on muutamia pm. Intensiteettimittauksella saatava tarkkuus on noin yksi sadasosa peilin 15 liikematkasta. Kuten edellä on käynyt ilmi, peilipinnan tulisi olla edullisesti kuidun linssin tarkennusetäisyyttä kauempana kuidun päästä. Tarkennusetäisyydeksi sopii muutamia satoja pm ja tarkennuksena voidaan käyttää hivenen epätarkkaa tarkennusta eikä pistemäistä tarkennusta tarvita. Keksinnössähän ei tarvitse mitata tarkkaa • · ·.**: intensiteettiä vaan intensiteetin muutosta. Muutenkin anturi on viritettävä • · 20 käyttökohteeseensa. Tällöin on otettava huomioon muun muassa laakerin sisäänajo ja *.:. · pitkäaikaisessa käytössä laakerin kuluminen.The actual sensor design depends partly on the dimensions of the optical fiber and partly on the object itself. The optical fiber has a core diameter of about 10 to 50 µm and a sheath about 125 µm. The fiber is surrounded by a protective sleeve of about 0.5 to 2 mm in diameter. Of course, the diameter of the sleeve determines the diameter of the hole to be made in the bearing metal. The thickness s of the film between the mirror surface 3 and the contact surface 8 depends on the thickness of the oil layer in the bearing, the bearing material and, in the case of a contact other than a sliding bearing, also the type of contact. For conventional plain bearings, the thickness of the bearing metal film is a few hundred pm, whereby the maximum travel distance of the mirror is a few pm. The intensity obtained by the intensity measurement is about one hundredth of the 15 movement distances of the mirror. As stated above, the mirror surface should preferably be farther away from the focus of the fiber lens. Focusing distance is a few hundred pm and you can use a slightly inaccurate focus and no spot focus. After all, the invention does not need to measure the exact • · ·. **: intensity but the change in intensity. Otherwise, the sensor must be tuned to • · 20 applications. In so doing, account shall be taken, inter alia, of bearing penetration and *.:. · Long term use of bearing wear.

• · • · · ···! Optisen kuidun ominaisuuksiin kuuluu, että valo hajoaa kuidun päästä viuhkamaisesti, • · · • · *···* ellei kuitua päätetä linssiin. Tätä ilmiötä voidaan käyttää hyväksi yllä kuvatussa 25 mittausmenetelmässä. Jos kuidun pään ja peilin välinen matka on pieni, tällöin peilistä • · · *[;* heijastuvan ja kuidun päästä lähteneen valon määrä muuttuu sen mukaan kuinka lähellä • · • · " kuidun päätä peili on. Mitä lähempänä optisen kuidun päätä peili on, sitä kapeampi on • · *. *: peiliin osunut valonsäde ja sitä suurempi osa valosta heijastuu takaisin kuituun. Tässä tapauksessa kuidun pään ja peilin välinen etäisyys on oltava kuidun paksuuden luokkaa. • · , ϊ/.j 30 Tarkemmin etäisyys määräytyy kuidun pään ominaisuuksien mukaan eli lähinnä sen • · · ·...· mukaan kuinka suuri on valonsäteen lähtökulma kuidun päästä. Kapeammalla lähtökulmalla peili voi luonnollisesti olla kauempana kuin suuremmalla. Tässä 9 suoritusmuodossa itse anturin rakenne ja valmistus ovat edellä kuvattua yksinkertaisempia koska linssiä ei tarvitse muodostaa. Tämäkin anturi on kalibroitava käyttökohteeseensa kuten edellä kuvatutkin rakenteet.• · • · · ···! The characteristics of optical fiber include that the light is scattered at the end of the fiber in a fan-like fashion unless the fiber is terminated in the lens. This phenomenon can be utilized in the measurement method described above. If the distance between the end of the fiber and the mirror is small, the amount of light reflected from the mirror and the amount of light emitted from the end of the mirror will change depending on how close the • • • · "fiber end is to the mirror. the narrower is • · *. *: the beam of light that strikes the mirror and the greater the amount of light reflected back into the fiber, in this case the distance between the fiber end and the mirror must be in the order of fiber thickness. depending on the · · · · ... · output angle of the light beam at the end of the fiber, a narrower output angle of course the mirror may be farther away than the larger. In this 9th embodiment, the structure and manufacture of the sensor itself are simpler than the lens calibrate to its application as the structures described above.

5 Keksinnön puitteissa voidaan ajatella myös yllä kuvatuista sovellusmuodoista poikkeavia ratkaisuja. Peilipinnan etäisyyttä ja etäisyyden muutoksia voidaan mitata myös kapasitiivisilla ja induktiivisilla antureilla tai muulla havaintolaitteella. Tähän pintaan kohdistuvaa painetta voidaan mitata periaatteessa myös pietsosähköisen materiaalin avulla. Näillä mittaustavoilla on kuitenkin heikkoutena saatavan signaalin 10 vaikea käsiteltävyys häiriöisissä tehdasolosuhteissa ja tarvittavan laitteiston kalleus. Niiden mittauskohteessa vaatima tila saattaa myöskin rajoittaa näiden menetelmien käyttöä. Yksi tapa mitata painetta etalonissa on käyttää kapillaarikuitua ja nesteellä täytettyä etalonia. Tällöin paine voidaan mitata kapillaarikuidun päässä esimerkiksi piimikromekaanisessa anturilla. Koska piimikromekaanisessa anturissa paineen muutos 15 voidaan ilmaista erittäin pienen anturin liikkeen avulla, sen avulla on mahdollista ilmaista pienestäkin etalonin peilikalvon liikkeestä johtuvat paineen muutokset.Solutions other than those described above may also be contemplated within the scope of the invention. Mirror surface distance and distance changes can also be measured by capacitive and inductive sensors or other detection devices. In principle, the pressure applied to this surface can also be measured with the aid of a piezoelectric material. However, these methods of measurement have the difficulty of handling the signal 10 which is a weakness, under interfering factory conditions, and the expensive equipment required. Their space required at the site of measurement may also limit the use of these methods. One way to measure pressure in a standard is to use capillary fiber and a liquid-filled standard. In this case, the pressure can be measured at the end of the capillary fiber, for example, by means of a silicon micromechanical sensor. Since the change in pressure 15 in the silicon-micromechanical sensor can be detected by a very small sensor movement, it is possible to detect pressure changes due to even a slight movement of the reference mirror film.

Keksinnön mukaisen anturin vaatimaa syvennystä ei tarvitse välttämättä tehdä edellä : kuvatun kaltaisena umpireikänä. Anturin vaatima reikä voidaan valmistaa läpi • · •\j 20 laakerimateriaalista ja peittää sitten sopivasta materiaalista valmistetulla kalvolla.The recess required by the sensor according to the invention need not necessarily be made in the form of a closed hole as described above. The hole required by the sensor can be made through the bearing material and then covered with a film of a suitable material.

• · : Syvennys voidaan myös valmistaa erilliseen kappaleeseen, joka istutetaan ··· ·:*·· laakerimateriaaliin. Oleellista on, että laakerin tai muun mitattavan pinnan muoto ja *:* edullisesti myös sen elastisuus ovat mahdollisimman tarkasti samat kuin varsinaisella ···· l laakerimateriaalilla. Edullisinta on tietenkin että mahdollinen pintakalvo tai erillinen 25 kappale valmistetaan samasta materiaalista kuin laakerin pinta. Muissa käyttökohteissa • · materiaalin on sovitettava tietenkin kyseessä olevan rakennemateriaalin mukaan.• ·: The recess can also be made into a separate piece to be inserted into the ··· ·: * ·· bearing material. It is essential that the shape of the bearing or other measurable surface, and preferably also its elasticity, is as closely as possible with the actual ···· l bearing material. Of course, it is most preferred that any surface film or separate piece 25 be made of the same material as the bearing surface. For other applications, the material must, of course, be matched to the structural material in question.

··· • · • · ··· :*·.· Peilipinnan muotoa vaihtelemalla voidaan vaikuttaa sen heijastusominaisuuksiin.· · · · · · · · · · · · · · · · · · · By changing the shape of the mirror surface, its reflective properties can be affected.

• · *:·*: Pinnasta voidaan tehdä joka kaareva tai kupera sen mukaan halutaanko siihen osuvan : 30 valonsäteen kohdistuvan vai taittuvan pinnasta heijastuessaan. Jos syvennyksen pohjan • · .*·*. reunat muotoillaan kuvion 7 mukaisesti, peilipinnan muoto säilyy olennaisesti ··« muuttumattomana, koska taipuma reunoilla on huomattavasti paksuhkon keskiön 10 taipumaa suurempi. Toisaalta syvennyksen pohjata voi olla edullista valmistaa tasainen. Tällainen muoto on valmistusteknisesti yksinkertaisempi. Nyt optisen kuidun pään ja peilin etäisyys voidaan asettaa oikeaksi muokkaamalla kuidun suojakuoresta holkki, joka ulottuu kuidun pään ohi. Näin kuidun pää, hoikin reikä ja peilipinta muodostavat 5 mittaustilan eli etalonin. Mittaukseen voidaan käyttää yksi tai monimuotokuituja tai vaikka kahta kuitua, joista toinen lähettää etaloniin valoa ja toinen vastaanottaa sitä. Käytettävä valo voi olla laajakaistaista, polarisoitua, monokromaattista tai muuten käsiteltyä eikä sen aallonpituuden tarvitse osua näkyvän valon aallonpituudelle.• · *: · *: The surface can be made curved or convex, depending on whether you want to hit it: 30 beams of light or refraction when reflected. If the base of the recess • ·. * · *. 7, the shape of the mirror surface remains substantially ·· «unchanged, since the deflection at the edges is significantly greater than the deflection of the center of the thicker 10. On the other hand, it may be advantageous to make the bottom of the recess flat. Such a form is simpler in manufacturing technology. Now the distance between the optical fiber head and the mirror can be adjusted by modifying the sleeve extending past the fiber head from the fiber sheath. Thus, the fiber head, sleeve bore and mirror surface form 5 measurement spaces or a standard. One or more of the fibers, or even two fibers can be used for measurement, one of which emits light to the standard and the other receives it. The light used may be broadband, polarized, monochromatic, or otherwise treated, and its wavelength need not be in the wavelength of visible light.

10 Anturi sijoitetaan liukulaakerissa öljykalvon suurimman paineen kohdalle, ellei jostain syystä ole tarpeen tutkia kalvon painetta muualla laakerin kehällä. Esimerkiksi kuula-tai rullalaakereissa anturi sijoitettaisiin vierintäuran kohdalle.10 The sensor is positioned in the sliding bearing at the maximum oil film pressure unless for some reason it is necessary to examine the film pressure elsewhere on the bearing circumference. For example, in ball or roller bearings, the sensor would be positioned at a rolling groove.

• · • · · • · · • · • · • · · • ·· • · ♦ · · • · i »»· • · • · · ···♦ ··· • ♦ • « ··♦ • · • t · • · ♦ • · ··· • · • · ·· ·• • i i ♦ ♦ i ♦ ♦ ♦ ♦ i i i i i i «« «« «« «« «« • t · • · ♦ • · · · · · · · · · · ·

Claims (29)

1. Förfarande for monitorering av tribologisk kontakt mellan tvä i forhällande till varandra rörliga ytor, vid vilket förfarande: 5. en fördjupning (5) formas, vilken uppvisar en botten (3), - pä ett avständ frän bottnen anordnas en observationsanordning (4, 10), varvid i fördjupningen bildas ett observationsutrymme (2) mellan observationsanordningen (4,10) och fördjupningens botten (3), och - medelst observationsanordningen (4, 10) iakttas förändringar, som sker i 10 observationsutrymmet (2), kännetecknat av att - fördjupningen (5) formas i ett orörligt stycke bakom en första i kontakt varande yta (8) i ytans material och pä sä sätt, att den sträcker sig mot den första ytan (8), och • · *. *i 15 - den förändring som iakttas är avständet mellan observationsanordningen (4, • · • · · ’· 10) och fördjupningens botten, och pä basis av detta avständs mätvärde be- • · · '·*·* stäms det tryck som riktas mot den första ytan.1. A method for monitoring tribological contact between two in relation to mutually moving surfaces, in which method: 5. a recess (5) is formed, which has a bottom (3), - an observation device (4, at a distance from the bottom) is arranged. 10), wherein in the depression an observation space (2) is formed between the observation device (4,10) and the bottom (3), and - by means of the observation device (4, 10), changes which take place in the observation space (2) are observed, characterized in that - the recess (5) is formed in an immovable piece behind a first contacting surface (8) in the surface material and in such a way that it extends towards the first surface (8), and • · *. * in 15 - the change observed is the distance between the observation device (4, 10) and the bottom of the depression, and on the basis of this distance the measured value is determined. towards the first surface. • · • ·· 2. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att • · · · ··· • · ’···’ - en ljussträle (13) riktas frän ätminstone en optisk fiber (4) mot för- . . 20 djupningens botten (3) pä sä sätt, att dä bottnen (3) befinner sig närmast fibems • · · • · · ände reflekteras mest ljus tili den ätminstone ena optiska fibems käma och dä • · • · bottnen (3) befinner sig längst borta frän fibems ände reflekteras minst ljus tili • · • · « *· den optiska fibems käma, • · m.* . - pä basis av den reflekterade ljusintensiteten bestäms bottnens (3) position, I..* 25 och • · • · • · · - pä basis av bottnens (3) position bestäms det tryck som riktas därmot.2. A method according to claim 1, characterized in that a light beam (13) is directed from at least one optical fiber (4) to the front beam. . The bottom (3) of the depth in such a way that the bottom (3) is closest to the end of the fiber is reflected most light to the core of at least one optical fiber and the bottom (3) is at the furthest away from the end of the fiber, the least light is reflected into the core of the optical fiber, • · m. *. - on the basis of the reflected light intensity, the position of the bottom (3) is determined, and on the basis of the position of the bottom (3) the pressure directed towards it is determined. 3. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att - en fokuserad ljussträle (13) riktas frän den ätminstone ena optiska fibem (4) mot fördjupningens botten (3) pä sä sätt, att da bottnen (3) befmner sig närmast ett fokuseringsavständ (11) reflekteras mest ljus tili den ätminstone ena optiska 5 fibems kärna och da bottnen (3) befmner sig längst borta frän fokuserings- avständet (11) reflekteras minst ljus tili den ätminstone ena optiska fibems kärna, - pä basis av den reflekterade ljusintensiteten bestäms bottnens (3) position, och 10. pä basis av bottnens (3) position bestäms det tryck som riktas därmot.Method according to claim 1, characterized in that - a focused light beam (13) is directed from the at least one optical fiber (4) towards the bottom (3) of the depression in such a way that the bottom (3) is closest to a focusing distance (11) most light is reflected to the core of at least one optical fiber and as the bottom (3) is furthest away from the focusing distance (11), least light is reflected to the core of at least one optical fiber, - on the basis of the reflected light intensity is determined the position of the bottom (3), and 10. on the basis of the position of the bottom (3), the pressure directed towards it is determined. 4. Förfarande i enlighet med patentkrav 3, kännetecknat av att frän den optiska fibem (4) riktas den fokuserade ljussträlen (13) mot fördjupningens botten (3) pä sä sätt, att riktningsavständet är kortare än mellanrummet (/) mellan den optiska fibems ände och bottnen. 15Method according to claim 3, characterized in that from the optical fiber (4) the focused light beam (13) is directed towards the bottom (3) of the depression, in such a way that the directional distance is shorter than the space (/) between the end of the optical fiber. and the bottom. 15 5. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att i den optiska fibem • · *. 1: används monokromatiskt ljus och av den optiska fibem (4) och fördjupningens (5) • · · *. " botten (3) bildas en Fabry-Perot-interferometer. • ♦ · • · · ··♦Method according to claim 1, characterized in that in the optical fiber • · *. 1: Monochromatic light is used and by the optical fiber (4) and the recess (5) • · · *. The bottom (3) forms a Fabry-Perot interferometer. • ♦ · • · · ·· ♦ 6. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att för att mätä avständet •J. används en induktiv givare. ···· • · · • · *···1 20Method according to claim 1, characterized in that in order to measure the distance • J. an inductive sensor is used. ···· • · · • · * ··· 1 20 7. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att för att mätä avständet används en kapacitiv givare. • · ♦ • ♦ · • ·Method according to claim 1, characterized in that a capacitive sensor is used for measuring the distance. • · ♦ • ♦ · • · 8. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att för att mätä avständet : används en piezoelektrisk givare. • · · • · 1Method according to claim 1, characterized in that to measure the distance: a piezoelectric sensor is used. • · · • · 1 9. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att observations- • · !/.: 25 utrymmet (2) fylls med termokromatiskt material och utrymmets temperatur bestäms • · · ί.,.ί pä basis av en färgförändring hos det genom materialet reflekterade ljuset.Method according to Claim 1, characterized in that the observation space (2) is filled with thermochromatic material and the temperature of the space is determined on the basis of a change in color of it through the material. reflected the light. 10. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att observations-utrymmet (2) fylls med optiskt aktivt material och utrymmets temperatur bestäms pä basis av en polarisationsförändring hos det genom materialet reflekterade ljuset.Method according to claim 1, characterized in that the observation space (2) is filled with optically active material and the temperature of the space is determined on the basis of a polarization change of the light reflected by the material. 11. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat 5 av att fördjupningen (5) formas genom att bakifran bearbeta den första i kontakt varande ytan (8) pä sä sätt, att ytan (8) förblir hei.Method according to any of the preceding claims, characterized in that the recess (5) is formed by rearwardly machining the first contacting surface (8) in such a way that the surface (8) remains solid. 12. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven 1-11, kännetecknat av att fördjupningen (5) formas genom att utforma ett häl genom den första i kontakt varande ytan (8) och täcka den medelst en fördjupningen inslutande film. 10Method according to any of the preceding claims 1-11, characterized in that the recess (5) is formed by forming a heel through the first contacting surface (8) and covering it by means of a recess film. 10 13. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven 1-11, känne tecknat av att fördjupningen (5) formas i ett separat stycke, vilket insänks i den första ytan.Method according to any of the preceding claims 1-11, characterized in that the recess (5) is formed in a separate piece, which is immersed in the first surface. 14. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att den första ytan utgörs av ett glidlagers lageryta.Method according to any of the preceding claims, characterized in that the first surface is a bearing surface of a sliding bearing. 15 15. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att observations- • · ·.*·· utrymmet (2) fylls med vätska och en tryckförändring i observationsutrymmet (2) • · detekteras genom att observationsutrymmet ansluts medelst en kapillärfiber tili en tryckgivare. • ·Method according to claim 1, characterized in that the observation space (2) is filled with liquid and a pressure change in the observation space (2) is detected by connecting the observation space with a capillary fiber to a pressure sensor. . • · 16. Anordning för monitorering av kontakten mellan tvä ytor, vilken anordning om- ···· 20 fattar: • · ··· - en fördjupning (5), vilken uppvisar en botten (3), • · · • · · • · - en pä ett avständ ffän bottnen anordnad observationsanordning (4, 10), ··· • · - ett observationsutrymme (2) mellan observationsanordningen (4, 10) och * * fördjupningens botten (3), och • · • · · • · · I..* 25 - organ (4, 10, 22) för att observera förändringar, som sker i observations utrymmet (2), kännetecknad av att - fördjupningen är belägen i ett orörligt stycke (1) bakom en första i kontakt varande yta (8) i ytans material och sträcker sig mot den första ytan (8), och - observationsanordningen utgörs av en anordning för mätning av avständet 5 eller en avständsförändring mellan observationsanordningen (4, 10) och för- djupningens botten (3).16. Device for monitoring the contact between two surfaces, which device comprises: · · ··· - a recess (5), which has a bottom (3), - an observation space (4, 10) arranged at a distance from the bottom, an observing space (2) between the observation device (4, 10) and the * * bottom of the depression (3), and · I .. * 25 means (4, 10, 22) for observing changes that occur in the observation space (2), characterized in that - the depression is located in an immovable piece (1) behind a first contacting surface (8) in the material of the surface and extending towards the first surface (8), and - the observation device is a device for measuring the distance 5 or a distance change between the observation device (4, 10) and the bottom (3). 17. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av - ätminstone en optisk fiber (4), vanned en ljussträle (13) kan riktas mot för-djupningens botten (3) pä sä sätt, att dä bottnen (3) befinner sig närmast ett 10 fokuseringsavständ (11) reflekteras mest ljus tili den ätminstone ena optiska fibems kama och dä bottnen (3) befinner sig längst borta frän fokuserings-avständet (11) reflekteras minst ljus tili den ätminstone ena optiska fibems käma, och - organ (4, 10, 22) för att bestämma bottnens (3) position pä basis av ljusets 15 intensitet. • · • · · • · ·Device according to claim 16, characterized in that - at least one optical fiber (4), a light beam (13) can be directed towards the bottom (3) of the depression in such a way that the bottom (3) is closest to a The focusing distance (11) is reflected most light into the core of the at least one optical fiber and where the bottom (3) is furthest away from the focusing distance (11), the least light is reflected into the core of the at least one optical fiber, and - means (4, 10). , 22) to determine the position of the bottom (3) on the basis of the intensity of light. · · · · · · · · 18. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av • ·· • · - ätminstone en optisk fiber (4), vanned en fokuserad ljussträle (13) kan riktas * * mot fördjupningens botten (3) pä sä sätt, att dä bottnen (3) befinner sig närmast • · · •••ί ett fokuseringsavständ (11) reflekteras mest ljus tili den ätminstone ena optiska ··· • · *···’ 20 fibems käma och dä bottnen (3) befinner sig längst borta frän fokuserings- avständet (11) reflekteras minst ljus tili den ätminstone ena optiska fibems • · · ***** käma, • · · 7 • · • · • · · .·] ; - organ (4, 10, 22) för att bestämma bottnens (3) position pä basis av det re- • · · • · flekterade ljusets intensitet.Apparatus according to claim 16, characterized in that at least one optical fiber (4), a focused light beam (13) can be directed * * towards the bottom (3) of the recess in such a way that the bottom ( 3) is closest to a focusing distance (11), most light is reflected into the at least one optical ··· • · * ··· 20-fiber core and where the bottom (3) is furthest from the focus - the distance (11) is reflected at least light in the core of at least one optical fiber, [] · 7 · · · · · · · · ·; - means (4, 10, 22) for determining the position of the bottom (3) on the basis of the reflected light intensity. 19. Anordning i enlighet med patentkrav 18, kännetecknat av att frän den optiska ··· fibem (4) är den fokuserade ljussträlen (13) riktad mot fördjupningens botten (3) pä sä sätt, att riktningsavständet är kortare än mellanrummet (/) mellan den optiska fibems ände och bottnen.Device according to claim 18, characterized in that from the optical ··· fiber (4) the focused light beam (13) is directed towards the bottom (3) of the depression in such a way that the directional distance is shorter than the space (/) between the end of the optical fiber and the bottom. 20. Anordning i enlighet med patentkrav 18, kännetecknad av att i den optiska fibem används monokromatiskt ljus och av den optiska fibem (4) och fördjupningens 5 (5) botten (3) är en Fabry-Perot-interferometer bildad.Device according to claim 18, characterized in that monochromatic light is used in the optical fiber and the Fabric-Perot interferometer is formed by the optical fiber (4) and the bottom (3) of the depression 5 (5). 21. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av att för att mätä av-ständet används en induktiv givare.Apparatus according to claim 16, characterized in that an inductive sensor is used for measuring the distance. 22. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av att för att mätä av-ständet används en kapacitiv givare.Apparatus according to claim 16, characterized in that a capacitive sensor is used for measuring the distance. 23. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av att för att mätä av- ständet används en piezoelektrisk givare.Device according to claim 16, characterized in that a piezoelectric sensor is used to measure the distance. 24. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av att observations-utrymmet (2) fylls med termokromatiskt material och utrymmets temperatur bestäms pä basis av det genom materialet reflekterade ljusets intensitet. : 15Device according to claim 16, characterized in that the observation space (2) is filled with thermochromatic material and the temperature of the space is determined on the basis of the intensity of light reflected by the material. : 15 25. Anordning i enlighet med patentkrav 16, kännetecknad av att observations- • · · • · : utrymmet (2) fylls med optiskt aktivt material och utrymmets temperatur bestäms pä • ·· • · . basis av det genom materialet reflekterade ljusets polarisation. • · · ·····Device according to claim 16, characterized in that the observation space (2) is filled with optically active material and the temperature of the space is determined on the · ·· • ·. basis of the polarization of light reflected by the material. • · · ····· 26. Anordning i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven 16 - 25, känne- • « · •;;j tecknad av att fördjupningen (5) är formad i den första i kontakt varande ytans (8) • · *···* 20 material medelst bearbetning pä sä sätt, att ytan (8) förblir hei. : V:Device according to any of the preceding claims 16 - 25, characterized in that the recess (5) is formed in the first contacting surface (8). Material by machining in such a way that the surface (8) remains solid. : V: 27. Anordning i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven 16-25, känne- • · : tecknad av att fördjupningen (5) omfattar ett häl genom den första i kontakt varande : ytan (8) och en denna inslutande film. • · · • ·Device according to any of the preceding claims 16-25, characterized in that the recess (5) comprises a heel through the first contact being: the surface (8) and a film enclosed therewith. • · · 28. Anordning i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven 16-25, känne- • · !.*·· 25 tecknad av ett separat stycke, vilket är insänkt i den första ytan och väri fördjup- • · · :: ningen är formad.28. Device according to any of the preceding claims 16-25, characterized by a separate piece, which is submerged in the first surface and in which the depression is formed. . 29. Anordning i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknad av att den första ytan utgörs av ett glidlagers lageryta. • · • · · • · · • · • · • · · • ·· • · • · · • · · ··· • · ··» ···· • · · • · • · • · · » · • · · • · · • · • · · • · • · ··· • · • · · • · · • · • · • · • · · • ·· • · ··· • · • · • · ·Device according to any of the preceding claims, characterized in that the first surface is a bearing surface of a sliding bearing. · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··· · · · ···
FI20041622A 2004-12-16 2004-12-16 Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces FI119707B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20041622A FI119707B (en) 2004-12-16 2004-12-16 Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces
PCT/FI2005/000534 WO2006064086A1 (en) 2004-12-16 2005-12-15 Method and Apparatus for Monitoring a Contact between Two Surfaces

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20041622A FI119707B (en) 2004-12-16 2004-12-16 Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces
FI20041622 2004-12-16

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20041622A0 FI20041622A0 (en) 2004-12-16
FI20041622A FI20041622A (en) 2006-06-17
FI119707B true FI119707B (en) 2009-02-13

Family

ID=33547989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20041622A FI119707B (en) 2004-12-16 2004-12-16 Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI119707B (en)
WO (1) WO2006064086A1 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1604990A (en) * 1978-05-31 1981-12-16 Ransome Hoffmann Pollard Bearing condition monitoring
US4196629A (en) * 1978-10-23 1980-04-08 Philips Gerald J Fiber optic machinery performance monitor
US4870271A (en) * 1987-02-06 1989-09-26 Philips Gerald J Method and apparatus for determining the size of defects in rolling element bearings with high frequency capability
DE19522543A1 (en) * 1994-08-01 1996-02-08 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Piezoelectric measuring sensor system for roller bearings
US5547283A (en) * 1994-11-01 1996-08-20 Kronberg; James W. Optical temperature sensor using thermochromic semiconductors
US6766697B1 (en) * 2000-12-06 2004-07-27 Bearings Plus, Inc. Hydrodynamic bearings having strain sensors

Also Published As

Publication number Publication date
FI20041622A0 (en) 2004-12-16
FI20041622A (en) 2006-06-17
WO2006064086A1 (en) 2006-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8042412B2 (en) Turbomachinery system fiberoptic multi-parameter sensing system and method
Yang et al. A review of recent developed and applications of plastic fiber optic displacement sensors
US5118956A (en) Touch probe including a waveguide
JP4597251B1 (en) Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber
EP1910805B1 (en) Optical refractometer for measuring seawater salinity and corresponding salinity sensor
US6118534A (en) Sensor and method for measuring changes in environmental conditions
CN104880267A (en) Fiber micro-nano Fabry-Perot interference type pressure sensor and manufacturing method thereof
US11484984B2 (en) Tool device and method for measuring a condition of a machining tool
WO2015090358A1 (en) Optical fiber sensor used for oil temperature monitoring
CN108351198B (en) Sensor device and method for detecting the surface of a cylindrical hollow housing
WO2015090359A1 (en) Optical fiber sensor used for oil conditioning monitoring
CN109655176B (en) High-precision temperature probe based on cavity filling type microstructure optical fiber interferometer
FI119707B (en) Method and apparatus for monitoring a contact between two surfaces
CN113267206A (en) Low-cost repeatedly-producible optical fiber non-closed Fabry-Perot sensor
JP2009216664A (en) Load distribution measuring method as to inner ring for distortion sensor built-in type rolling bearing, and apparatus therefor
KR100324117B1 (en) Total reflected extrinsic Fabry-Perot interferometric fiber optic sensor and the strain measurement methods
JP2012042319A (en) Method and device for measuring load distribution of rolling bearing with strain sensor mounted on inner ring
US7212280B1 (en) Device for measuring the dimension and controlling of defects in optical fibres during production
JP4381148B2 (en) Method and apparatus for inspecting the operation of an optical scanning instrument
Yeh et al. Real-time measurement of glucose concentration using position sensing detector
CN105928454A (en) Double-fiber point diffraction full-view-field low-frequency heterodyne interferometer
KR100746340B1 (en) Real-time and high-precision measurement apparatus by analyzing the fabry-perot interference pattern
US8130381B2 (en) Optical fiber probe
Lu et al. Random Rotational Entire-Angle Sensor Using Two Chemical Etching Intrinsic Fabry–Pérot Interferometers
CN111238390B (en) Detector and method for detecting micro-bending of metal deep hole

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 119707

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed