DE112013007716T5

DE112013007716T5 - Optischer Fasersensor zur Ölzustandsüberwachung

Info

Publication number: DE112013007716T5
Application number: DE112013007716.7T
Authority: DE
Inventors: Defeng Lang; Florin Tatar
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2016-09-15
Also published as: WO2015090359A1; CN110715899A; US20170045445A1; US9702816B2; CN106030263A

Abstract

Detektor für eine Ölzustandsüberwachung mit einer optischen Faser, die ein erstes Ende und ein zweites eine Endfläche aufweisendes Ende hat. Ein Sensorkörper weist einen Spalt, in dem eine Probe des Öls aufnehmbar ist, und eine reflektierende Fläche auf, wobei das zweite Ende der optischen Faser in dem Sensorkörper eingebettet ist und eine Endfläche aufweist, die von der reflektierenden Fläche über den Spalt hinweg beabstandet ist. Das von der optischen Faser emittierte Licht ist durch die Ölprobe hindurchgehbar und von der reflektierenden Fläche zurück in die optische Faser reflektierbar. Durch Interferometrie der entsprechenden Signale ist der Ölzustand bestimmbar.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung des Ölzustands und insbesondere einen Sensor zum Detektieren des Vorhandenseins und der Menge von Wasser in einem Öl oder in ähnlichen Substanzen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung des Vorhandenseins von Wasser in Öl.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei der Ölzustandsüberwachung werden optische Sensoren zur Bestimmung des Vorhandenseins einer Verunreinigung verwendet, oder anderweitig, um den Verschleiß eines Schmiermittels zu kontrollieren. Solche Geräte arbeiten beispielsweise dadurch, das Licht durch einen kleinen Spalt strahlt, und das durchgelassene Licht mit einem geeigneten optischen Sensor analysiert wird. Alternative Sensoren machen Gebrauch von der Streuung des Lichts, und können bei verschiedenen Frequenzen, einschließlich außerhalb des sichtbaren Bereichs, arbeiten. Die Überwachung des Ölzustands kann für das Bereitstellen einer Vorab-Rückmeldung über ein mögliches Versagen eines Schmiermittelsystems signifikant sein. Maßnahmen können ergriffen werden, um eine Wartung durchzuführen oder anderweitig das Schmiermittel zu erneuern.
Wasser in Öl ist bei vielen mechanischen Systemen von erheblichem Interesse. Minimale Mengen an Wasser können von dem Öl entweder aus der Atmosphäre oder durch ein direktes Eindringen von Wasser in das System während des Gebrauchs absorbiert werden. Solange dieses Wasser im absorbierten Zustand und das Öl ungesättigt ist, ist das Interesse gering. Wenn sich jedoch die Konzentration des Wassers dem Sättigungsniveau annähert, kann emulgiertes und freies Wasser auftreten, das sehr schädlich sein kann, besonders wenn das Ausgesetztsein verlängert ist. In Lagern kann die Inkompressibilität des Wassers im Verhältnis zu dem Öl zu einem Abreißen des Ölfilms führen, was zu einem exzessiven Verschleiß führt. Nur ein Prozent Wasser im Öl kann die Lebenserwartung eines Lagers um bis zu 90 Prozent reduzieren. Für Kugellager oder Rollenlager kann der örtlich begrenzt erzeugte Druck eine spontane Verdampfung des Wassers verursachen, was zu einem erosiven Verschleiß, wie beispielsweise Graufleckigkeit, führt. Das Sättigungsniveau von Wasser in Öl kann je nach Temperatur und Ölart stark variieren, und kann in einem Bereich von 10 ppm bis sogar 10000 ppm liegen. Existierende Sensoren, die fähig sind, das Vorhandensein von Wasser (frei oder gelöst) zu messen, umfassen kapazitive Sensoren und Karl-Fischer-Titrationssensoren. Beide dieser Verfahren erfordern beträchtliche Zeit, damit der Sensor den Gleichgewichtszustand erreicht, und sind für sich schnell ändernde Bedingungen nicht ideal. Eine Spektralanalyse, die die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) nutzt, wird verwendet, ist aber ein relativ kompliziertes und kostspieliges Verfahren, das das Kalibrieren des Sensors hinsichtlich des mit frischem Öl erzeugten Spektrums erfordert.
In der ebenfalls anhängigen Anmeldung mit der Nummer PCT/EP2012/075437 wird ein Sensor vorgeschlagen, durch den Wasser in Öl bequem detektiert werden kann, und bei dem das Kalibrieren des Geräts vereinfacht ist. In der ebenfalls anhängigen Anmeldung mit der Nummer PCT/EP2012/075395 wird eine alternative Anordnung vorgeschlagen, bei der die Verwendung von kostengünstigen LEDs vorgeschlagen wird. Die Inhalte dieser Dokumente sind hierin durch in Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen. In beiden Fällen weist der Sensor einen Spalt für einen Lichtdurchgang durch eine Ölprobe von einem Emitter zu einem Empfänger auf. Das durch das Öl hindurchgehende Licht des Emitters wird an dem Empfänger detektiert und ein Lichtsignal, das repräsentativ für das detektierte Licht ist, wird analysiert, um einen Betrag einer Signalfluktuation zu bestimmen. Eine wesentliche Änderung in der Signalfluktuation ist ein Anzeichen für die Sättigung des Öls.
Obwohl festgestellt wurde, dass die vorgeschlagenen Geräte richtig funktionieren, wäre es wünschenswert, sowohl ihre Sensitivität auf externe Faktoren zu verbessern als auch ihre Bauweise zu vereinfachen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird ein Detektor für eine Ölzustandsüberwachung bereitgestellt mit einer optischen Faser, die ein erstes Ende und ein eine Endfläche aufweisendes zweites Ende hat, einem Sensorkörper, der einen Spalt, in dem eine Ölprobe aufgenommen werden kann, und eine reflektierende Fläche aufweist, wobei das zweite Ende der optischen Faser in dem Sensorkörper eingebettet ist und eine Endfläche aufweist, die von der reflektierenden Fläche über den Spalt hinweg beabstandet ist, wodurch das von der optischen Faser emittierte Licht durch die Ölprobe hindurchgehen kann und von der reflektierenden Fläche zurück in die optische Faser reflektiert wird. Als Ergebnis der vorgeschlagenen Konfiguration ist der Sensor gegenüber externen Faktoren weniger sensitiv als vorherige Ausgestaltungen. Die optischen Fasern, die in der Sensorkonfiguration verwendet werden, sind eher sensitiv gegenüber Biegung. Indem sich die Biegungskrümmung der Faser ändert, ändert sich auch die Amplitude eines durch die Faser hindurchgehenden Signals. Als eine Konsequenz für die existierenden Sensorsysteme muss das gesamte System während des Betriebs frei von geometrischen Änderungen sein. Gemäß dem gegenwärtig beanspruchten Detektor weist der Signalweg einen Spiegel auf, und eine Lichtinterferenz kann zwischen einem ersten Lichtsignal, das intern durch die Faser reflektiert wird, und einem zweiten Lichtsignal, das durch den Spiegel reflektiert wird, überwacht werden. Auf diese Weise werden Änderungen des Amplitudensignals aufgrund von Änderungen in der Faserkrümmung eliminiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Spalt zwischen der Endfläche und der reflektierenden Fläche kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm und am meisten bevorzugt ungefähr 0,2 mm. Der tatsächliche Spalt kann entsprechend der Natur des behandelten Öls gewählt werden. Da das Signal den Spalt zweimal vor dem Wiedereintritt in die Faser passieren muss, kann es erforderlich sein, dass der Spalt in der vorliegenden beanspruchten Konfiguration ungefähr die Hälfte der Breite eines entsprechenden Spalts aufweist, wenn der Sensor der Lichtquelle gegenüber angeordnet ist.
Der Sensorkörper kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, einschließlich Metall, Kunststoff und Ähnlichem, insbesondere jenen, die geeignet sind, ihn mechanisch und chemisch vor externen Einflüssen zu schützen. Am meisten bevorzugt ist der Sensorkörper aus einem keramischen Material hergestellt, wie es beispielsweise üblicherweise für Hülsen von faseroptischen Verbindungsstücken verwendet wird.
Gemäß einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung kann die optische Faser in den Sensorkörper in einer festen Weise versenkt sein, um irgendeine Bewegung oder darauf übertragende Vibration zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Faser in dem Sensorkörper über eine Länge von mindestens 5 mm versenkt.
Der Detektor ist für einen Betrieb mit einer geeigneten Lichtquelle ausgelegt und kann weiterhin eine derartige Lichtquelle umfassen, die mit dem ersten Ende der optischen Faser gekoppelt ist. Am meisten bevorzugt ist die Lichtquelle eine Laserlichtquelle. Die Laserlichtquelle kann bei Frequenzen, die in einem Bereich von 850 nm bis 1750 nm liegen, arbeiten.
Eine beliebige geeignete Detektionsanordnung kann zum Abfragen des Sensors verwendet werden. Am meisten bevorzugt umfasst der Detektor weiterhin ein Interferometer, das mit dem ersten Ende der optischen Faser gekoppelt ist, und das dazu angeordnet ist, ein erstes intern durch die Endfläche reflektiertes Lichtsignal mit einem zweiten durch die reflektierende Fläche reflektierten Lichtsignal zu vergleichen. Das erste Lichtsignal, das durch die Endfläche der Faser reflektiert ist, wird in dem Interferometer als das Referenzsignal verwendet. Das zweite Lichtsignal, das an der reflektierenden Fläche reflektiert wird, ist das Messsignal, das zu dem Referenzsignal in einer interferierenden Weise hinzugefügt wird. Eine beliebige durch eine Faserbiegung verursachte Amplitudenänderung beeinflusst sowohl das Referenzsignal als auch das Messsignal in einer festgelegten proportionalen Weise. Auf diese Weise wird die durch eine Faserbiegung verursachte Amplitudenänderung ein bekannter Faktor. Eine tatsächliche Amplitudenänderung, die repräsentativ für das Öl-Wasser-Sättigungsniveau ist, kann durch Entfernen des bekannten Faktors berechnet werden. Der Detektor ist daher nicht auf irgendeine bestimmte Geometrie eingeschränkt und eine Bewegung kann ohne ein Durcheinanderbringen der Kalibrierung stattfinden.
Dem Fachmann sind geeignete Wege bekannt, mit denen eine Lichtquelle und ein Interferometer in die optische Faser eingebunden werden können. In einer bevorzugten Konfiguration können die Lichtquelle und das Interferometer über einen optischen Schalter gekoppelt sein. Einer solcher optischen Schalter kann in der Form eines halbreflektierenden Spiegels oder Prismas sein. Andere ähnliche Strahlteiler können ebenfalls verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Zustandsüberwachungsverfahren von Öl in einem mechanischen System, umfassend: das Positionieren einer Endfläche einer optischen Faser in beabstandeter Relation zu einer reflektierenden Fläche, das Bereitstellen einer Ölprobe, um den Abstand zwischen der Endfläche und der reflektierenden Fläche zu überbrücken, das Durchführen von Licht durch die optische Faser in Richtung der Endfläche, wobei ein erster Teil des Lichts intern an der Endfläche als ein erstens Lichtsignal reflektiert wird, und ein zweiter Teil des Lichts durch das Öl transmittiert wird und als ein zweites Lichtsignal durch die reflektierende Fläche zurück in die optische Faser reflektiert wird, und das Analysieren des ersten und zweiten Lichtsignals, um einen Betrag der Abschwächung des zweiten Lichtsignals aufgrund des Vorhandenseins von Wasser in dem Öl zu bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Licht derart gewählt sein, dass es eine auf den Spalt kalibrierte Primärfrequenz hat, so dass das erste und zweite Lichtsignal konstruktiv miteinander interferieren. Mit anderen Worten werden die Wellenlänge des Lichts und die Spaltbreite derart genau gewählt, dass die Wellen in Phase sind. Es versteht sich, dass, auch wenn eine Referenz für eine Auswahl der Frequenz gegeben ist, es auch der Spalt oder die bestimmte Position der Endfläche bezüglich der reflektierenden Fläche sein kann, die gewählt wird, um die Frequenzen aufeinander abzustimmen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Analysierens des ersten und zweiten Lichtsignals das Abtasten des Frequenzspektrums, um ein Maximum zu identifizieren, bei dem sich das erste und zweite Lichtsignal aufaddieren. Die Verwendung eines abtastenden optischen Spektrometers kann dem System ermöglichen, die Frequenz, bei der die Lichtsignale in Phase sind, zu bestimmen. An dieser Stelle kann die relative Amplitudenänderung besser mit einer erwarteten Amplitudenänderung aufgrund des Vorhandenseins von gelöstem Wasser verglichen werden. Es versteht sich, dass ein niedrigeres kombiniertes Signal entweder auf der Abschwächung des zweiten Lichtsignals oder auf der Tatsache beruhen kann, dass die Signale außer Phase sind und sich gegenseitig auslöschen. Durch Abtasten des Frequenzsignals auf den Ort, an dem die Signale in Phase sind, kann diese Ungewissheit vermieden werden. Es versteht sich, dass das Abtasten auf Bereiche limitiert ist, in denen erwartet wird, dass die Lichtsignale in Phase sind, und dass diese sich, wenn sie einmal etabliert sind, nur geringfügig ändern.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Analysierens des ersten und zweiten Lichtsignals das Bestimmen der relativen Abschwächung des zweiten Lichtsignals bezüglich des ersten Lichtsignals, und das Vergleichen der relativen Abschwächung mit vorbestimmten Werten, die repräsentativ für das Sättigungsniveau von Wasser in dem Öl sind. Der Detektor kann auf Öl, das ein vorbestimmtes Sättigungsniveau aufweist, vorkalibriert sein. Die Werte können als Nachschlagetabellen in einem geeigneten Speicher gespeichert werden, und eine Extrapolation zwischen diesen Werten kann verwendet werden, um ein momentanes Sättigungsniveau zu bestimmen.
Der Detektor kann auch verwendet werden, um den Zeitpunkt zu identifizieren, an dem freies Wasser, d.h. eine 100% Sättigung, vorhanden ist. Es wurde beobachtet, dass eine signifikante Änderung in der Signalcharakteristik zu dem Zeitpunkt zu beobachten ist, an dem freies Wasser in Öl erscheint. Unterhalb des Sättigungsniveaus ist die Amplitude des zweiten Lichtsignals relativ stabil und nimmt nur stetig mit der Zunahme des absorbierten Wassergehalts ab. Wenn die Menge an Wasser sich der Sättigung nähert, wird das zweite Lichtsignal sehr instabil und kann verrauscht erscheinen. Ohne den Wunsch, an die Theorie gebunden zu sein, wird geglaubt, dass sich innerhalb des Öls Blasen von freiem Wasser in ähnlicher Weise wie bei Kavitation oder beim Kochen einer Flüssigkeit bilden. Wenn diese Blasen den Sensor passieren, stören sie das Signal, was in wirksamer Weise zu einer größeren Absorption des Lichts und einem geringeren zweiten Lichtsignal führt. Ein signifikanter Vorteil des obigen Effekts ist, dass der Detektor an Ort und Stelle einfach auf das Sättigungsniveau kalibriert werden kann, ohne dass eine Kenntnis entweder des Öls oder der Sensoreigenschaften erforderlich sind. Zusätzlich kann der Sensor Echtzeitergebnisse mit vernachlässigbarer Verzögerung zum Identifizieren des Vorhandenseins von freiem Wasser in dem Öl bereitstellen.
Die Bestimmung des Auftretens von freiem Wasser und die sprunghafte Veränderung der Signalfluktuation kann, für den Fachmann offensichtlich, auf viele Arten realisiert werden. Dieses kann visuell oder manuell bei der Überprüfung einer Datenstromerfassung des Lichtsignals bestimmt werden. Alternativ und vorzugsweise kann das Verfahren von einem Signalprozessor ausgeführt werden, der einen geeigneten Algorithmus verwendet. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Fluktuationsbetrag dadurch bestimmt werden, dass eine maximale Peak-zu-Peak-Variation des Lichtsignals in einem Abtastzeitraum gemessen wird. Der Abtastzeitraum kann abhängig von verschiedenen Faktoren gewählt werden, einschließlich der Abtastrate, mit der die Messungen des Lichtsignals durchgeführt werden, und auch basierend auf physikalischen Faktoren, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit des zu überwachenden Öls. Es versteht sich, dass der Abtastzeitraum zumindest zwei Abtastungen, vorzugweise zumindest vier Abtastungen, und am meisten bevorzugt zumindest 10 Abtastungen, umfasst.
Obwohl Licht in einem Bereich von Frequenzen verwendet werden kann, um die Erfindung auszuführen, umfasst das Licht vorzugsweise Infrarotlicht in dem Bereich von 850 nm bis 1750 nm.
Das Verfahren wird vorzugsweise mittels einer Steuereinheit ausgeführt, die eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Computer oder ein geeigneter Mikroprozessor, sein kann. Zusätzlich zu anderen Steuerungsaufgaben, ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, festzustellen, wenn Lichtsignalfluktuationen einen vorbestimmten Wert übersteigen. Die Steuereinheit kann, wie oben beschrieben, insbesondere eine Signalanalyse, eine Abtastung und ein Filtern durchführen.
Der Fachmann wird verstehen, dass der Sensor der vorliegenden Erfindung in etlichen verschiedenen Situationen, in denen Wasser in Öl erfasst werden soll, eingesetzt werden kann. Vorzugsweise ist der optische Sensor in einer Ölversorgung eines mechanischen Systems angeordnet. Das mechanische System kann ein Motor, ein Getriebe, ein Lagerzapfen, eine Nocke oder ein komplexes System sein, das eines oder mehrers der Vorstehenden umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Zeichnung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels gewürdigt, in welchem:
1 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ein Diagramm eines durch den Spektralanalysator erhaltenes Lichtsignals zeigt.
BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Detektors 1 für eine Ölzustandsüberwachung gemäß der Erfindung. Der Detektor 1 umfasst einen Sensorkörper 2 und eine optische Faser 4. Die optische Faser 4 weist ein erstes Ende 6 und ein zweites Ende 8 mit einer halbreflektierenden Endfläche 10 auf. Dies wird durch eine geeignete halbreflektierende Spiegelbeschichtung erreicht. Das zweite Ende 8 ist derart in einen Kanal 12 durch den Sensorkörper 2 eingebettet, dass die Endfläche 10 mit einem sich durch den Sensorkörper 2 erstreckenden Spalt 14 zusammenfällt. An einer gegenüberliegenden Seite des Spalts 14 von dem Kanal 12 aus ist eine reflektierende Fläche 16, die der Endfläche 10 der optischen Faser 4 zugewandt ist, vorhanden.
An ihrem zweiten Ende 8 ist die optische Faser 4 über einen halbreflektierenden Spiegel 20 mit einer Laserlichtquelle 22 und einem Spektralanalysator 24 gekoppelt. Der halbreflektierende Spiegel 20 wirkt als ein optischer Schalter zwischen der Laserlichtquelle 22 und dem Spektralanalysator 24, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Im Gebrauch ist der Sensorkörper 2 in einem mechanischen System (nicht gezeigt) angeordnet, so dass Öl A in dem Spalt 14 aufgenommen ist. Licht L von der Laserlichtquelle 22 wird in die Faser 4 eingekoppelt und durch die optische Faser 4 geleitet, um an der Endfläche 10 auszutreten. Ein Teil des Lichts L wird intern durch die halbreflektierende Fläche der Endfläche 10 reflektiert und kehrt durch die optische Faser als ein erstes Lichtsignal S1 zurück. Der Rest des Lichts L geht in und durch das Öl A in dem Spalt 14 hindurch und trifft auf die reflektierende Fläche 16 auf, die es über den Spalt 14 zurück und in das zweite Ende 8 der optischen Faser 4 als zweites Lichtsignal S2 reflektiert.
Das erste und das zweite Lichtsignal S1, S2 werden durch die optische Faser 4 und den halbreflektierenden Spiegel 20 an den Spektralanalysator 24 übertragen. Der Spektralanalysator 24 wird betrieben, um das Frequenzspektrum abzutasten, und um die Frequenz zu bestimmen, bei der die Signale S1, S2 konstruktiv interferieren. Im Allgemeinen verbleibt diese Frequenz, wenn sie einmal bestimmt ist, für eine gegebene Konfiguration relativ stabil und kann als ein Maximum in dem kombinierten Signal S1 + S2 identifiziert werden.
Das erste Lichtsignal S1 wird als das Referenzsignal verwendet. Das zweite Lichtsignal S2 wird zu dem ersten Lichtsignal S1 hinzuaddiert, um Interferenz sicherzustellen. Eine beliebige Amplitudenänderung, die durch eine sich verbiegende Faser 4 verursacht wird, beeinflusst sowohl das Signal S1 als auch S2 in einer festen proportionalen Weise. Auf diese Weise werden die durch Faserbiegung verursachten Amplitudenänderungen ein bekannter Faktor. Die tatsächliche Amplitudenänderung, die ein Öl in Wasser Sättigungsniveau darstellt, kann durch Entfernen des bekannten Faktors berechnet werden. Das Messsystem ist daher nicht auf irgendeine feststehende Geometrie eingeschränkt.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Lichtsignale S1 und S2 und des kombinierten Signals S1 + S2. Wenn die Signale S1 und S2 in Phase sind, liegt das kombinierte Signal S1 + S2 bei einem Maximumwert, der die Summe der zwei Signale ist. Unter normalen Bedingungen wird das Signal S1 relativ konstant sein, da seine Reflektion unabhängig von dem Ölzustand ist. Das Signal S2 wird entsprechend der Menge des in Öl absorbierten Wassers abgeschwächt sein. Das Signal S2´ stellt eine aufgenommene Abtastung dar, bei der Wasser in dem Öl A eine Abschwächung des Signals S2´ verursacht hat. Während die relative Sättigung des Wassers in Öl unter 100 % ist, ist die Änderung in der Abschwächung von S2´ mit zunehmenden Wassergehalt relativ linear. Die Werte für die Abschwächung können im Voraus bereitgestellt werden, und in einer Nachschlagetabelle in einem geeigneten Speicher (nicht gezeigt) gespeichert sein. Der gemessene Wert kann dann mit dem vorkalibrierten Wert verglichen werden, um die relative Sättigung von dem Öl zu bestimmen. In diesem Zusammenhang wird die relative Sättigung verstanden als der absolute Wassergehalt verglichen mit dem maximalen Wassergehalt des Öls, bei dem eine Trennung stattfindet.
Es ist weiterhin bemerkt, dass während der Verwendung, eine beliebige Veränderung der Temperatur des Öls eine Änderung in der Breite des Spalts 14 aufgrund der Expansion der Hülse verursachen kann. Dies resultiert in einer Phasenverschiebung des zweiten Lichtsignals in Bezug auf das erste Lichtsignal. Die Temperatur des Öls sollte deshalb während der Analyse berücksichtigt werden, indem sowohl die Phase als auch die Amplitudenänderung zwischen dem ersten und zweiten Signal separat ausgewertet werden.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf das oben diskutierte Ausführungsbeispiel beschrieben. Es wird erkannt werden, dass dieses Ausführungsbeispiel für verschiedene Modifikationen und alternative Formen empfänglich ist, die dem Fachmann bekannt sind, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann für eine Implementierung in einem mechanischen System die Detektionszelle in einer Ölversorgung angeordnet sein, wobei ein Teil der Ölversorgung durch den Spalt hindurchläuft. Weiterhin kann die Analyse der Signale an einem Arbeitsplatzcomputer oder einer zugehörigen Steuereinheit oder einem Mikroprozessor, der an Ort und Stelle oder entfernt angeordnet sein kann, stattfinden. Dementsprechend sind, auch wenn bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, diese nur Beispiele und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.

Claims

Detektor für eine Ölzustandsüberwachung mit: einer optischen Faser, die ein erstes Ende und ein zweites eine Endfläche aufweisendes Ende hat; einem Sensorkörper, der einen Spalt, in dem eine Probe des Öls aufnehmbar ist, und eine reflektierende Fläche aufweist, wobei das zweite Ende der optischen Faser in dem Sensorkörper eingebettet ist und eine Endfläche aufweist, die von der reflektierenden Fläche über den Spalt hinweg beabstandet ist, wodurch von der optischen Faser emittiertes Licht durch die Ölprobe hindurchgehen kann und von der reflektierenden Fläche zurück in die optische Faser reflektierbar ist.
Detektor nach Anspruch 1, wobei der Spalt zwischen der Endfläche und der reflektierenden Fläche kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm und am meisten bevorzugt ungefähr 0,2 mm ist.
Detektor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Endfläche mit einer halbreflektierenden Beschichtung ausgestattet ist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorkörper aus einem keramischen Material hergestellt ist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Faser in dem Sensorkörper über eine Länge von mindestens 5 mm versenkt ist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor weiterhin eine Lichtquelle umfasst, die mit dem ersten Ende der optischen Faser gekoppelt ist.
Detektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor weiterhin ein Interferometer umfasst, das mit dem ersten Ende der optischen Faser gekoppelt ist, und das dazu angeordnet ist, ein erstes intern durch die Endfläche reflektiertes Lichtsignal mit einem zweiten durch die reflektierende Fläche reflektierten Lichtsignal zu vergleichen.
Detektor nach Anspruch 6 und Anspruch 7, wobei die Lichtquelle und das Interferometer über einen optischen Schalter gekoppelt sind.
Detektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Lichtquelle eine Infrarot-Laserlichtquelle ist.
Verfahren zur Zustandsüberwachung von Öl in einem mechanischen System, umfassend: Positionieren einer Endfläche einer optischen Faser in beabstandeter Relation zu einer reflektierenden Fläche; Bereitstellen einer Ölprobe, um den Abstand zwischen der Endfläche und der reflektierenden Fläche zu überbrücken; Durchführen des Lichts durch die optische Faser in Richtung der Endfläche, wobei ein erster Teil des Lichts intern an der Endfläche als sein erstes Lichtsignal reflektiert wird und ein zweiter Teil des Lichts durch das Öl transmittiert wird und als ein zweites Lichtsignal durch die reflektierende Fläche zurück in die optische Faser reflektiert wird; und Analysieren des ersten und zweiten Lichtsignals, um einen Betrag der Abschwächung des zweiten Lichtsignals aufgrund des Vorhandenseins von Wasser in dem Öl zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Licht eine Primärfrequenz hat, die derart auf den Spalt kalibriert ist, dass das erste und das zweite Lichtsignal konstruktiv miteinander interferieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Analysierens des ersten und zweiten Lichtsignals das Abtasten des Frequenzspektrums umfasst, um ein Maximum, bei dem sich das erste und zweite Lichtsignal aufaddieren, zu identifizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Analysieren des ersten und zweiten Lichtsignals umfasst das Bestimmen der relative Abschwächung des zweiten Lichtsignals bezüglich des ersten Lichtsignals und das Vergleichen der relativen Abschwächung mit vorbestimmten Werten, die repräsentativ für das Sättigungsniveau von Wasser in dem Öl sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Licht Infrarotlicht in dem Bereich von 850 nm bis 1750 nm umfasst.
Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Detektor weiterhin eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Lichtsignal gemäß des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 14 zu analysieren.