用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于传感器标定技术领域，为实时测量油膜厚度值、将所得油膜厚度值与电容传感器所测电压值拟合得到标定曲线，本实用新型专利技术，用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置，在三层复合基板表层上敷设油膜，所述三层复合基板表层为可加热层，三层复合基板上提供电容传感器安装通孔，通孔内所安装需要标定的电容传感器探头端面与所述三层复合基板表层平齐，所敷设油膜在电容传感器探头上方或附近位置，将光纤传感器安装在三层复合基板的上方，使得光纤传感器探头正对电容传感器探头端面，在三层复合基板边缘安装气动装置。本实用新型专利技术主要应用于实时测量油膜厚度传感器标定场合。

Calibration Device of Capacitance Sensor for Oil Film Thickness Measurement

【技术实现步骤摘要】
用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置
本技术属于传感器标定
，特别是一种用于油膜厚度测量的电容传感器标定领域。
技术介绍
油膜厚度测量在机械工程领域中的摩阻测量，结构优化与改进，故障诊断，安全运行等方面具有重要作用。例如活塞环油膜厚度测量是内燃机摩擦学的重要内容[1-2]。推力轴承润滑油膜特征参数测试是推力轴承实验研究的主要内容[3]。大型风洞试验中为了得到飞行器壁面摩阻系数，可通过测量敷设在飞行器壁面的油膜厚度变化来间接得到飞行器壁面的摩阻系数，对改善飞行器表面局部流动，降低摩阻，飞行器减阻优化设计等具有重要意义[4-6]。自Lewicki于1955年首次提出利用电容法测量油膜厚度以来，电容测量方法在油膜厚度测量领域得到了极大的发展。精确地油膜厚度测量是研究分析目标的润滑特性，计算摩阻系数，机械结构优化等的关键，因此必须对测量油膜厚度的电容传感器进行精确标定，使其在油膜厚度测量过程中提供准确的测量结果。但对于测量微米量级油膜厚度的电容传感器标定方法，却鲜有相关记载的文献。通常会间接采取经过简化后的理论计算方法得到较为粗燥的油膜厚度标定曲线[7],或者直接将测量的油膜厚度电压值作为最终的结果数据[8-9]间接对研究内容展开分析，从而造成分析结果只能定性而难以定量。为实现测量微米量级油膜厚度的电容传感器标定，需要寻求一种精度更高，测试更准的测量方法为标定过程提供准确的油膜厚度值。1995年，Fercher等人首次提出傅立叶域基于光学相干层析成像技术(OCT)的概念[10]，经Leitgeb等人证明发现傅立叶域OCT的信噪比和灵敏度比时域OCT高出几个数量级。对基于光学相干层析成像技术的测试精度和测量范围，诸多文献都有阐述和研究[11-12]。文献[12]搭建的扫频OCT系统，轴向分辨率为12μm,空气中的成像深度为3.7mm，完全满足测量微米量级油膜厚度的电容传感器的标定需求。因此本技术提出引入光学相干层析成像技术，对用于测量微米量级油膜厚度的电容传感器进行标定。[1]王海山,郑义中,时俊生,付敬业,宋新辉.用电容法对活塞环最小油膜厚度的测量[J].内燃机学报,1989(02):165-170.[2]孙靖宇.对置活塞对置气缸发动机缸套—活塞环油膜厚度测量及润滑状态分析[D].大连海事大学,2017.[3]贵忠东.推力轴承油膜厚度测量方法概述[J].机电设备,2005(05):10-12.[4]代成果，张长丰，黄飓，等.高超声速表面摩擦应力油膜干涉测量技术研究[J].试验流体力学，2012,26(2):68-71.[5]XiongWang,TaoZhu,XiaobinXu,etal.Fabrication,calibrationandproofexperimentsinhypersonicwindtunnelforanovelMEMSskinfrictionsensor[J].MicrosystemTechnologies-micro-andNanosystems-InformationStorageAndProcessingSystems.2017.8(23):3601-3611.[6]MitsuruKurita,Hidetoshilijima.Hybridoilfilmapproachtomeasuringskinfrictiondistribution[J].MeasurementScienceandTechnology.2017.5(28):1-8.[7]张鹏顺,朱宝库,刘树春,等.用电容法对弹流油膜厚度测量的研究[J].润滑与密封,1982(02):18-24.[8]程林.基于电容法的油膜厚度测量技术研究[D].大连海事大学,2012.[9]潘慧.基于电容法的点接触润滑状态研究[D].大连海事大学,2011.[10]A.F.Fercher,C.K.Hitzenberger,G.Kamp,etal.Measurementofintraoculardistancesbybackscatteringspectralinterferometry[J].OpticsCommunications.1995.117:43-48.[11]蔡清东,方良,林旺,贾宏志.基于汉明窗算法的扫频OCT纵向分辨率的优化[J].光学仪器,2013,35(05):51-55.[12]潘聪.扫频OCT系统及其功能成像研究与应用[D].浙江大学,2016。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本技术旨在：(1)提出一种主动加热油膜的实验方法。(2)提出一种可实时测量油膜温度的实验方法。(3)提出一种主动控制油膜厚度变化的气动实验方法。(4)提出一种可实时测量油膜厚度值的实验方法。(5)提出多段拟合和整体拟合的曲线拟合方法，将所得油膜厚度值与电容传感器所测电压值拟合得到标定曲线。为此，本技术采取的技术方案是，用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置，包括：三层复合基板、电容传感器探头、光纤传感器及其支架、气动装置、三层复合基板表层上敷设油膜，所述三层复合基板表层为可加热层，三层复合基板上提供电容传感器安装通孔，通孔内所安装需要标定的电容传感器探头端面与所述三层复合基板表层平齐，所敷设油膜在电容传感器探头上方或附近位置，通过支架，光纤传感器安装在三层复合基板的上方，光纤传感器探头正对电容传感器探头端面，气动装置位于三层复合基板边缘。电容传感器探头外壳加工有外螺纹，所述通孔内有内螺纹，电容传感器从三层复合基板背部拧入通孔且所述内、外螺纹啮合，拧入程度以传感器探头端面与基板面平齐为准。本技术的特点及有益效果是：(1)与理论计算获得标定曲线相比，通过采用光学相干层析成像技术，该标定方法可获得实际的油膜厚度值与相应的电容传感器电压值，通过拟合油膜厚度值和电容传感器电压值得到的标定曲线是包含了油膜层实际物理性质，实际环境温度条件下的标定结果，而理论计算在计算前就简化了油膜层的物理参数和相关环境参数，因此该实验方法获得的标定曲线更为准确。(2)采用基于光学相干层析成像技术，该技术的测量精度相比电容法更高，完全满足准确测量微米量级油膜层厚度需求，所提供的实验数据可靠，精确，作为数据溯源基准，为得到更为完善的标定曲线提供了必要的技术条件。(3)在获取准确标定曲线的前提下，将电容法应用于相关机械工程领域测量油膜时，可直接得到油膜厚度值，与采用定性的油膜厚度电容值进行数据分析相比，采用定量的油膜厚度值进行相关领域研究则更为直接和具体。附图说明：图1示出本技术用于油膜厚度测量的电容传感器标定方法整体方案图。图2示出本技术中三层复合基板结构和传感器安装细节图。图3示出本技术中标定曲线拟合时所采用的分段拟合和整段拟合示例。图1中：1为实验平台；2为左支撑块；3为右支撑块；4为三层复合基板；5为电容传感器；6为电容传感器电缆线；7为电容传感器驱动模块、信号调理模块和数据采集模块集成；8为气动实验装置；9为气动实验装置电缆线；10为气动实验装置控制模块；11为光纤传感器支架；12为光纤传感器；13为光纤传感器电缆线；14为光纤传感器驱动模块、信号调理模块和数据采集模块集成；15为复合基板加热温度控制电缆；16为复合基板加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置，其特征是，包括：三层复合基板、电容传感器探头、光纤传感器及其支架、气动装置、三层复合基板表层上敷设油膜，所述三层复合基板表层为可加热层，三层复合基板上提供电容传感器安装通孔，通孔内所安装需要标定的电容传感器探头端面与所述三层复合基板表层平齐，所敷设油膜在电容传感器探头上方或附近位置，通过支架，光纤传感器安装在三层复合基板的上方，光纤传感器探头正对电容传感器探头端面，气动装置位于三层复合基板边缘。

【技术特征摘要】
1.一种用于油膜厚度测量的电容传感器标定装置，其特征是，包括：三层复合基板、电容传感器探头、光纤传感器及其支架、气动装置、三层复合基板表层上敷设油膜，所述三层复合基板表层为可加热层，三层复合基板上提供电容传感器安装通孔，通孔内所安装需要标定的电容传感器探头端面与所述三层复合基板表层平齐，所敷设油膜在电容传感器探头上方或附近位置，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，刘志博，蒋佳佳，叶德超，程仲海，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12