一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置，本方法为在传感器骨架确定后按公式计算磁场强度B与线圈匝数n的关系曲线，取B最大值对应的n为感应线圈和2个激励线圈的匝数。本装置为按本发明专利技术方法确定传感器各线圈匝数，感应线圈的输出端连接包括顺序连接的前置放大电路、低通滤波器、高通滤波器和示波器的调制解析电路。本装置针对信号输出成分，提供了包括前置放大电路、低通和高通滤波器的调制解析电路。本方法设计了能使信号输出幅值达到最大的传感器线圈匝数，且在规模生产的传感器骨架尺寸下，便于安装在各类油液润滑的发动机上。本装置准确获取磨粒相关的信息，可检测到直径仅500μm的金属磨粒。

【技术实现步骤摘要】
一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置
本专利技术属于机器状态监测与故障诊断领域，具体涉及一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置。
技术介绍
现今机械设备往往具有高精度、高转速等特点，但这会带来加速磨损的危害。机械设备都必须使用润滑油，对齿轮、轴承等高速旋转零件进行润滑，才能使之正常运行，润滑油的良好状态可降低机械磨损，有效延长设备的使用寿命。因此对油液的检测是非常重要的，由其中磨粒的检测分析，不仅可以获得油液的状态，也可获得设备润滑与磨损状况的信息，及时更换油液或更换相关零件，以防止故障发生。目前对机械设备中使用润滑油油液进行磨粒检测的方法分为离线式和在线式。所谓的离线式就是在机械设备运行结束后对油液采样。这种检测方式虽然检测精度极高，但是不能满足实时监测的要求。在线油液磨粒检测传感器主要安装在油路管道上,能连续对油路中的油液进行分析与处理,及时获得分析结果,时效性高，而且对循环油液系统的干扰较小,不会影响机械设备的正常运行。在线油液磨粒检测传感器目前主要是三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈和2个激励线圈，感应线圈处于中间，两个绕制方向相反的激励线圈紧靠在感应线圈两端。该传感器置于油路管道内，当油液中的铁磁性或非铁磁性磨粒进入一端的激励线圈，使线圈内的磁场产生扰动，磁场强度的改变使感应线圈产生正或反相的类正弦波信号，根据该信号能判别磨粒的磁性，及磨粒的大小、形状等参数，非常便于工程分析。但现有的此种传感器感应线圈所输出信号中的待调制信号电压幅值很低，并含有噪声成分，现有的在线磨粒检测装置分析得到待调制信号中相关磨粒信息的准确度不能满足实时掌握设备润滑与磨损状态的要求。为了使传感器成为批量产品且便于安装在发动机等各种机械设备上，油液磨粒检测传感器的骨架都有确定的尺寸。在确定传感器骨架尺寸的条件下，对如何选择传感器关键参数：线圈匝数n没有一定的设计方法，也就无法取得线圈的最大磁场强度变化，从而提高感应线圈输出的待调制信号电压值。另外现有的油液中金属磨粒的检测装置对感应线圈输出信号的处理电路也难以去除其中的噪声成份，因此需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种油液磨粒检测传感器的设计方法，在油液磨粒检测传感器在确定骨架尺寸的条件下，选择使磁场强度最大的线圈匝数，保证感应线圈输出的待调制信号电压值最大。本专利技术的另一目的在于公开一种油液磨粒检测装置，其采用本专利技术设计方法设计的油液磨粒检测传感器，在传感器骨架确定后，线圈匝数使磁场强度达到最大，且其调制解析电路中配有低高频滤波电路以更好清除噪声。本专利技术提供的一种油液磨粒检测传感器的设计方法，所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈和2个激励线圈，感应线圈处于2个激励线圈中间，2个激励线圈绕制方向相反，分别在感应线圈左右两侧，2个激励线圈连接高频激励信号源，所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈和2个激励线圈中间流过。所述油液磨粒检测传感器感应线圈和2个激励线圈的空心直径相同，绕制感应线圈和绕制2个激励线圈的漆包线直径相同，感应线圈和2个激励线圈的匝数n相同。激励线圈内部磁场强度为B，B＝u0nI其中，u0＝4π×10-7H/m为常数、真空磁导率，I为激励线圈的电流。电流I取决于2个激励线圈所连接的高频激励信号源的正弦波峰峰值V以及2个激励线圈的阻抗Z，Z为激励线圈的阻抗的大小，为激励线圈的阻抗矢量的复数表示形式，其中，r为激励线圈实际电阻的大小，ω0为激励线圈所连接的高频激励信号源的正弦波的频率，L为直螺线管的电感。而直螺线管的电感L表达式：其中A是激励线圈的横截面积，l为激励线圈的绕制宽度。激励线圈阻抗表示为：其中，磁场强度B则表示为：传感器的感应线圈和2个激励线圈的骨架确定，且激励线圈所连接的高频激励信号源也确定后，感应线圈和2个激励线圈的线圈匝数设计方法的步骤如下：Ⅰ、确定高频激励信号源的正弦波的频率ω0和波峰峰值V，Ⅱ、确定感应线圈和2个激励线圈的空心直径并计算其横截面积A，Ⅲ、确定2个激励线圈的绕制宽度l，Ⅳ、欧姆表测定2个激励线圈的实际电阻值r，绕线电阻值较低，在本专利技术线圈绕制宽度内的线圈电阻r一般为10Ω，Ⅴ、按公式其中求得B和n的关系曲线，Ⅵ、取B最大值对应的n为感应线圈和2个激励线圈的匝数。本专利技术设计的一种油液磨粒检测装置，包括油液磨粒检测传感器和调制解析电路，油液磨粒检测传感器的感应线圈输出信号接入调制解析电路；所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈和2个激励线圈，2个激励线圈绕制方向相反，分别位于感应线圈左右两侧，2个激励线圈并联高频激励信号源。2个激励线圈绕制方向相反，所产生的磁场相互抵消，在没有金属磨粒进入时，感应线圈内的磁场强度为零。在金属磨粒进入时，2个激励线圈的磁场平衡被打破，感应线圈内的磁场强度变化，感应线圈产生待调制信号。进入的金属磨粒不同，感应线圈内的磁场强度变化不同，感应线圈产生待调制信号也就不同。所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈和2个激励线圈中间流过。所述调制解析电路包括前置放大电路和示波器。感应线圈和2个激励线圈的空心直径相同；绕制感应线圈和2个激励线圈的漆包线相同。感应线圈和2个激励线圈的匝数相同，根据其中取B最大值对应的n为感应线圈和2个激励线圈的匝数；公式中u0为真空磁导率，u0＝4π×10-7H/m，ω0为高频激励信号源的正弦波的频率，V为高频激励信号源的正弦波峰峰值，A为激励线圈横截面积，l为激励线圈的绕制宽度，r为激励线圈的实际电阻值。位于感应线圈左右两侧的2个激励线圈与感应线圈紧靠，即位于感应线圈左侧的激励线圈的右端紧靠感应线圈的左端，位于感应线圈右侧的激励线圈的左端紧靠感应线圈的右端。2个激励线圈的全部的磁感应线都相互作用,线圈空心部分磁场强度最大，当磨粒进入时，可使感应线圈内磁场强度变化率最大。所述2个激励线圈所连接的的高频激励信号源的正弦波峰峰值V＝10～15V，V过大、通过激励线圈的电流就会过大，导致激励线圈发热，使传感器不能正常检测金属磨粒。正弦波的频率ω0＝10～20K，可检测到最小尺寸直径仅500μm的金属磨粒，频率ω0过大或过小都会降低传感器检测金属磨粒的灵敏度。感应线圈和2个激励线圈的空心直径均为D＝8～12mm；感应线圈的宽度l0＝5～10mm，2个激励线圈的绕制宽度l＝5～6mm，绕制感应线圈和2个激励线圈的漆包线直径均为D1＝0.1～0.3mm。所述油液磨粒检测传感器的感应线圈的输出信号，因为感应线圈磁场不对称、各类不确定磁场的干扰，都产生噪声，调制解析电路中的前置放大电路本身的信噪比又加大了噪声。感应线圈的输出信号是各种不同频率信号在不同时间叠加在一起产生的积分效应的结果。当没有磨粒经过时，感应线圈的输出信号Sout表示为：Sout＝xc1(t)*xc2(t)其中，*为卷积运算符号，xc1(t)为左侧激励线圈对感应线圈产生的载波信号，xc2(t)为右侧激励线圈对感应线圈产生的载波信号。当有磨粒通过时，输出信号变为：Sout＝xc1(t)*xc2(t)+xch(t)其中，xch(t)为单纯的磨粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油液磨粒检测传感器的设计方法，所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)，感应线圈(4)处于2个激励线圈(2、3)中间，2个激励线圈(2、3)绕制方向相反，分别在感应线圈(4)左右两侧，2个激励线圈(2、3)连接高频激励信号源(1)，所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)中间流过；所述油液磨粒检测传感器感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的空心直径相同，绕制感应线圈(4)和绕制2个激励线圈(2、3)的漆包线直径相同，感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的匝数n相同；其特征在于感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的线圈匝数设计方法的步骤如下：Ⅰ、确定高频激励信号源(1)的正弦波的频率ω0和波峰峰值V，Ⅱ、确定感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的空心直径并计算其横截面积A，Ⅲ、确定2个激励线圈(2、3)的绕制宽度l，Ⅳ、用欧姆表测定2个激励线圈(2、3)的实际电阻值r，Ⅴ、按公式B=u0nV(r2+c2n4)12,]]>其中c=ω0(u0Al),]]>求得B和n的关系曲线，公式中，u0为真空磁导率，u0＝4π×10‑7H/m，Ⅵ、取B最大值对应的n为感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的匝数。...

【技术特征摘要】
1.一种油液磨粒检测传感器的设计方法，所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)，感应线圈(4)处于2个激励线圈(2、3)中间，2个激励线圈(2、3)绕制方向相反，分别在感应线圈(4)左右两侧，2个激励线圈(2、3)连接高频激励信号源(1)，所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)中间流过；所述油液磨粒检测传感器感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的空心直径相同，绕制感应线圈(4)和绕制2个激励线圈(2、3)的漆包线直径相同，感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的匝数n相同；其特征在于感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的线圈匝数设计方法的步骤如下：Ⅰ、确定高频激励信号源(1)的正弦波的频率ω0和波峰峰值V，Ⅱ、确定感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的空心直径并计算其横截面积A，Ⅲ、确定2个激励线圈(2、3)的绕制宽度l，Ⅳ、用欧姆表测定2个激励线圈(2、3)的实际电阻值r，Ⅴ、按公式其中求得B和n的关系曲线，公式中，u0为真空磁导率，u0＝4π×10-7H/m，Ⅵ、取B最大值对应的n为感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)的匝数。2.一种油液磨粒检测装置，包括油液磨粒检测传感器和调制解析电路(5)，油液磨粒检测传感器的感应线圈(4)输出信号接入调制解析电路(5)；所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈(4)和2个激励线圈(2、3)，2个激励线圈(2、3)绕制方向相反，分别位于感应线圈(4)左右两侧，2个激励线圈(2、3)并联高频激励信号源(1)；所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王衍学，丁永彬，张应红，何水龙，蒋占四，张锁峰，董智鹏，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45