基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器及监测方法技术

本发明专利技术涉及机械装备状态监测领域，特别涉及一种基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器及监测方法，监测传感器包括磁场回路组件和油管检测组件；磁场回路组件包括第一导磁块、第二导磁块、第一磁极、第二磁极、第一线圈、第二线圈和铜套；第一磁极和第二磁极分别套设在第一线圈和第二线圈的内部，第一磁极的一端通过铜套与第二磁极的一端连接，且第一磁极与第二磁极之间留有气隙，第一磁极的另一端与第一导磁块连接，第二磁极的另一端与第二导磁块连接；油管检测组件包括油管和检测线圈，检测线圈设置在油管中部的外表面上；本发明专利技术可运用恒流源做驱动，并且抗干扰能力强，降低传统传感器的制造精度。

【技术实现步骤摘要】
基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器及监测方法
本专利技术涉及机械装备状态监测领域，特别涉及一种基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器及监测方法。
技术介绍
磨损通常发生在摩擦副接触表面间微小的间隙内，难以在不改变摩擦副接触状态的条件下对磨损进行在线测量。声发射、温度和振动监测等间接方法都是侦测由摩擦副磨损导致的装备间接的物理变化实现磨损监测，对于早期异常磨损以及磨损过程的监测还存在不小的障碍。相对地，磨粒携带大量磨损烈度和磨损模式的直接信息，通过提取磨粒的浓度、粒度分布和形貌特征等信息，可以对一个完整的磨损过程进行描述。当前已有多种类型的磨粒分析技术。根据传感器在润滑油路中的安装位置不同，磨粒监测分为离线式(Off-line)、在线式(On-line)和嵌入式(In-line)。离线检测从润滑系统中取出油样送到实验室分析进行全面的分析，取样频繁时产生的润滑油损耗大，分析周期长，整个过程过分依赖于分析人员的经验。在线式分析润滑油路的旁路进行连续或间歇地取样分析，优点在于对润滑系统的流动状态的影响小，但是仅对部分循环油液进行取样分析，结果可能缺乏代表性。嵌入式分析对润滑系统循环油路中的全部油液进行连续取样，优点在于分析结果比较可靠，但是嵌入式的技术难度大，传感器的安装可能增加油路流阻，降低润滑系统的可靠性。在线式和嵌入式都不存在润滑油损耗，分析过程自动进行，无需人为介入，两种方式主要区别在于取样位置以及分析油液的多少不同，二者可统称为在线磨粒监测。当前国内外已发展了多种在线磨粒监测技术，有代表性的加拿大GasTops公司基于电感检测原理开发的MetalSCAN传感器，可识别>100μm铁磁性和>250μm非铁磁性磨粒，能够实现不同粒度范围的磨粒计数。该传感器对在用润滑油进行全流量监测，不影响油液的流动，已成功地应用于美军各型号飞机的齿轮传动系统、风电齿轮箱等装备的磨损在线监测。英国Kittiwake公司的LinerSCAN，已应用与远洋船舶中，西班牙atten2公司的运用光学成像原理开发了Oilwear，已应用与风电齿轮箱的监测。西安交通大学的在线图像可视铁谱OLVF(CN200610041773.X)，运用高梯度磁场对润滑油中的铁磁性颗粒进行在线沉积，并运用图像传感器获得磨粒谱片，实现磨损在线监测。在已有的在线磨粒监测技术中，只有基于电感检测原理的传感器能够可靠地检测非铁磁性颗粒，最具代表性的是MetalSCAN。国内多个单位根据该原理也推出了一些类似产品，但检测效果还不甚理想。MetalSCAN在西方国家主要用于军用飞机的磨损监测，出口受限，目前我国仍未能掌握相关的军品级产品。
技术实现思路
为在线监测润滑油中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒，本专利技术提出了一种基于轴向高梯度磁场的金属颗粒监测传感器及监测方法，通过监测润滑油中金属颗粒的粒度分布、数量和铁磁特性，有效判断装备的健康状态，并进行故障诊断和剩余寿命预测。本专利技术提供一种基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，包括磁场回路组件和油管检测组件；所述磁场回路组件包括第一导磁块21、第二导磁块22、第一磁极61、第二磁极62、第一线圈51、第二线圈52和铜套8；所述第一磁极61和第二磁极62分别套设在第一线圈51和第二线圈52的内部，所述第一磁极61的一端通过铜套8与第二磁极62的一端连接，且第一磁极61与第二磁极62之间留有气隙(第一磁极和第二磁极之间相隔的空隙称为气隙)，第一磁极61的另一端与第一导磁块21连接，第二磁极62的另一端与第二导磁块22连接；所述油管检测组件包括油管9和检测线圈7，所述检测线圈7设置在油管9中部的外表面上，检测线圈7外表面套设所述第一导磁块21、第二导磁块22、第一磁极61、第二磁极62和铜套8。优选的，还包括导磁壳体1，磁场回路组件置于导磁壳体1内，且油管9的两端置于导磁壳体1外部。优选的，所述导磁壳体1两端均设置有连接头4，导磁壳体1两端的端面与连接头4之间均设置有橡胶垫3。优选的，所述连接头4设置有内凹槽，内凹槽的大小与油管的大小匹配，内凹槽的形状与油管形状匹配。优选的，所述内凹槽中设置有密封圈。优选的，第一磁极61和第二磁极62之间气隙为0.5～2mm。优选的，所述第一磁极61和第二磁极62为中通的柱体；所述第一磁极61和第二磁极62为圆柱体或者正N棱柱，N≥3。优选的，所述第一磁极61和第二磁极62靠近气隙的一端设有倒角。利用上述监测传感器进行基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测方法包括：S1、监测传感器沿油管轴向施加高梯度磁场，作为激励源；S2、当油管内有金属颗粒通过高梯度磁场时，监测传感器通过检测线圈的磁通量变化量计算感应电压；S3、在磨粒通过气隙的过程中，判断感应电压变化过程曲线，若感应电压从零开始负向降低、再上升为正电压时为铁磁性颗粒，则感应电压从零开始正向增大、再下降为负电压时，必定为非铁磁性颗粒；若感应电压从零开始负向降低、再上升为正电压时为非铁磁性颗粒，则感应电压从零开始正向增大、再下降为负电压时，必定为铁磁性颗粒。本专利技术传感器内的油管从两个磁极的内部穿过，整体结构紧凑，能够适应各类监测环境，且只在传感器内部气隙的局部区域产生磁场，导磁壳体一方面可以屏蔽内部的高梯度磁场对外部环境的影响，另一方面可以屏蔽外部电磁场对检测线圈的干扰，提高检测精度；并且本专利技术采用轴向高梯度静磁场，作为激励源，可实现直流驱动，抗干扰能力强，而传统的电感型传感采用高频激励，驱动电路复杂，激励线圈的微小参数变化也可引起传感器输出的可观变化，产生测量误差，对传感器的制造精度要求较高；最重要的是本专利技术不仅可以发现油管中的金属颗粒，还可以通过感应电压的变化判断金属颗粒是铁磁性颗粒还是非铁磁性颗粒。附图说明图1为本专利技术基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器的剖视图；图2为本专利技术基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器的分解示意图；图3为本专利技术基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器的磁场回路组件分解示意图；图4为本专利技术传感器气隙中心位置截面的磁场分布示意图；图5为本专利技术传感器过油管轴线的截面的磁场分布示意图；图6本专利技术油管中心沿轴向的磁场分布；图7本专利技术实施例中材料为铁的颗粒通过油管时，感应电压的变化；图8本专利技术实施例中材料为铜的颗粒通过油管时，感应电压的变化；其中，1、导磁壳体，3、橡胶垫，4、连接头，7、检测线圈，8、铜套，9、油管，21、第一导磁块，22、第二导磁块，41、第一密封圈，42、第二密封圈，43、第三密封圈，51、第一线圈，52、第二线圈，61、第一磁极，62、第二磁极。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种基于轴向高梯度磁场的金属颗粒监测传感器，如图1-3，包括磁场回路组件和油管检测组件；所述磁场回路组件包括第一导磁块21、第二导磁块22、第一磁极61、第二磁极62、第一线圈51、第二线圈52和铜套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，其特征在于，包括磁场回路组件和油管检测组件；所述磁场回路组件包括第一导磁块(21)、第二导磁块(22)、第一磁极(61)、第二磁极(62)、第一线圈(51)、第二线圈(52)和铜套(8)；所述第一磁极(61)和第二磁极(62)分别套设在第一线圈(51)和第二线圈(52)的内部，所述第一磁极(61)的一端通过铜套(8)与第二磁极(62)的一端连接，且第一磁极(61)与第二磁极(62)之间留有气隙，第一磁极(61)的另一端与第一导磁块(21)连接，第二磁极(62)的另一端与第二导磁块(22)连接；所述油管检测组件包括油管(9)和检测线圈(7)，所述检测线圈(7)设置在油管(9)中部的外表面上，检测线圈(7)外表面套设所述第一导磁块(21)、第二导磁块(22)、第一磁极(61)、第二磁极(62)和铜套(8)。

【技术特征摘要】
1.基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，其特征在于，包括磁场回路组件和油管检测组件；所述磁场回路组件包括第一导磁块(21)、第二导磁块(22)、第一磁极(61)、第二磁极(62)、第一线圈(51)、第二线圈(52)和铜套(8)；所述第一磁极(61)和第二磁极(62)分别套设在第一线圈(51)和第二线圈(52)的内部，所述第一磁极(61)的一端通过铜套(8)与第二磁极(62)的一端连接，且第一磁极(61)与第二磁极(62)之间留有气隙，第一磁极(61)的另一端与第一导磁块(21)连接，第二磁极(62)的另一端与第二导磁块(22)连接；所述油管检测组件包括油管(9)和检测线圈(7)，所述检测线圈(7)设置在油管(9)中部的外表面上，检测线圈(7)外表面套设所述第一导磁块(21)、第二导磁块(22)、第一磁极(61)、第二磁极(62)和铜套(8)。2.根据权利要求1所述的基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，其特征在于，还包括导磁壳体(1)，磁场回路组件置于导磁壳体(1)内，且油管(9)的两端置于导磁壳体(1)外部。3.根据权利要求2所述的基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，其特征在于，所述导磁壳体(1)两端均设置有连接头(4)，导磁壳体(1)两端的端面与连接头(4)之间均设置有橡胶垫(3)。4.根据权利要求3所述的基于轴向高梯度磁场在线金属颗粒监测传感器，其特征在于，所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯松，苏祖强，罗久飞，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50