一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置。该装置通过移相使通过多个传感器通道的正弦波信号具有不同的初相位，从而将多个信号的波峰截取并合并成一路输出信号，采用同步采样法实现峰值的采集，然后提取出多路传感器输出信号的正弦波峰值变化量，得到多路传感器中磨粒检测脉冲数量和脉冲幅值，即可计算出油液中颗粒的浓度和尺寸。本实用新型专利技术只需要一路正弦波输入信号和一路输出信号，降低了多通道磨粒检测装置的成本，实现了多路传感器的同时检测；相比于现有技术的时分复用多通道磨粒检测传感器，本实用新型专利技术的信号处理过程不存在通道切换的操作，因此不会产生瞬时的电压波动干扰，从而节省了通道切换时用于稳定输出信号的时间。

A Multi-channel Debris Detection Device Based on Phase Division Multiplexing Technology

The utility model relates to a multi-channel abrasive particle detection device based on phase division multiplexing technology. By phase-shifting, the sinusoidal wave signals passing through multiple sensor channels have different initial phases, so that the peaks of multiple signals are intercepted and merged into one output signal, and the peak value is collected by synchronous sampling method. Then the variation of the peak value of sinusoidal wave of the output signal of multiple sensors is extracted, and the number and amplitude of abrasive detection pulses in multiple sensors are obtained. The concentration and size of particles in oil can be calculated. The utility model only needs one sine wave input signal and one output signal, which reduces the cost of the multi-channel abrasive particle detection device and realizes the simultaneous detection of multi-channel sensors. Compared with the time-division multiplexing multi-channel abrasive particle detection sensor of the existing technology, the signal processing process of the utility model does not have the operation of channel switching, so it does not produce instantaneous voltage fluctuation interference. Thus, the time for stabilizing the output signal during channel switching is saved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置
本技术属于交流信号检测领域，具体涉及一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置。
技术介绍
润滑油是机械设备的“血液”，包含机械设备磨损状态的重要信息，因此对油液中磨粒有效的检测，可预测故障位置和磨损状态。研究表明油液中正常的磨损颗粒尺寸在10微米以下，当10微米以上颗粒数量明显增多时，则表明某种机械运行故障产生，异常磨损时颗粒物尺寸在25-30微米，严重时磨粒尺寸可达100微米以上。基于电感检测技术的磨粒检测传感器由于其结构简单，可以区分铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒，以及对油液中水分和气泡等非金属杂质不敏感等优点，成为较为实用和有效的金属磨粒检测方法,使金属磨粒检测精度达到20-50微米,但由于检测通道尺寸较小，严重限制了检测流量。为提高检测流量，DuL,ZheJ.Parallelsensingofmetallicweardebrisinlubricantsusingundersamplingdataprocessing[J].TribologyInternational,2012,53(9):28-34.提出一种parallelmultiplesensingchannel的方法实现了多传感器信号的同时检测，采用欠采样技术采集阻抗输出信号，但该方式要求给每个传感器分配一个信号采集通道。DuL,ZhuX,HanY,etal.HighThroughputWearDebrisDetectioninLubricantsUsingaResonanceFrequencyDivisionMultiplexedSensor[J].TribologyLetters,2013,51(3):453-460.公开了采用频分复用技术，使多个传感器工作在不同频率下，输出信号经过傅里叶变换获取磨粒信息，实现单个检测通道同时读取多路传感器信号。但是，由于传感器工作在不同激励频率，因此对颗粒的检测灵敏度有一定的差异。ZhuX,DuL,ZheJ.A3×3weardebrissensorarrayforrealtimelubricantoilconditioningmonitoringusingsynchronizedsampling[J].MechanicalSystems&SignalProcessing,2017,83:296-304.设计了3×3磨粒传感器阵列，采用时分复用技术，使传感器工作在不同时间段，实现9路传感器信号的同时检测，但该方式在切换检测通道时有明显的噪声引入，需保证足够的信号稳定时间。
技术实现思路
为解决现有技术存在需要多个检测通道、检测灵敏度不一致、切换检测通道时需要足够稳定时间等技术问题，本技术提出了一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测方法及其装置。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测方法，通过激励信号源发出的正弦波信号作用于负载有待检测磨粒油液的传感器，包括如下步骤：(1)分信号将激励信号源的信号分成相同的n路正弦波信号；(2)移相处理移动n路正弦波使其具有不同的初相位，对于n路正弦波信号，相邻正弦波信号具有的相位差；(3)传感器检测移相后的n路正弦波信号分别对应输入到n个负载有待检测磨粒油液的传感器，当油液中的金属磨粒通过传感器线圈时会引起正弦波信号幅值变化；(4)信号合成在移相后的n路正弦波信号通过传感器后，截取n路传感器输出的磨粒检测的正弦波信号高于设定电位Vd的波形，所述设定电位式中A为正弦波幅值，将截取后的n路高于设定电位Vd的波形合成一路输出信号；(5)信号采集合成的一路输出信号采用同步采样方法采集，信号采集卡和激励信号源工作在同一基准时钟下，针对n路传感器输出信号，使采集频率为激励信号频率的n倍,通过调节信号采集卡的采样时钟的相位即可采集到合成的输出信号正弦波的峰值，正弦波峰值正比于传感器阻抗值；(6)信号提取从所采集的信号中提取n路传感器输出信号，采集的一路输出信号中相邻n个峰值分别对应n路传感器输出的正弦波峰值信号，因此将采集到的一路输出信号峰值依次等间隔分成n组，将n组峰值分别连接成曲线，所得的n条曲线对应n路传感器的输出信号；(7)检测结果分析通过分析信号提取所得的对应n路传感器输出信号的n条曲线的正弦波峰值变化量，得到n个传感器中磨粒检测脉冲数量和脉冲幅值，即可计算出油液中颗粒的浓度和尺寸：磨粒浓度等于脉冲数量除以流经传感器油液的体积，磨粒尺寸与脉冲幅值正相关，二者数值关系需利用实际检测结果进行曲线拟合得到。一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置，其特征在于，包括激励信号源、分信号模块、移相模块、传感器模块、信号合成模块以及信号采集与提取模块；其中：所述激励信号源用于产生正弦波信号；所述分信号模块接收激励信号源产生的正弦波信号，并将激励信号源的信号分成相同的n路正弦波信号；分信号模块包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接n个输出口，用以输出n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号给移相模块；所述移相模块接收分信号模块输出的n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号，并移动n路相同正弦波信号的初相位，使相邻正弦波信号具有的相位差；移相模块包含一个同向放大电路和两个移相电路，同相放大电路用于将输入信号放大到指定倍数，输入信号的放大倍数应以传感器输出端的输出信号幅值为准，通过调节同向放大电路的放大倍数，使n路传感器在没有检测磨粒通过时，其输出正弦波幅值相等；所述移相电路包括电阻、可调电阻、电容和运算放大器，通过调节可调电阻的阻值，使输入的正弦波信号实现0～180°任意角度相位移动，两个移相电路完成正弦波信号0～360°的任意相位移动；所述传感器模块包括n个负载有待检测磨粒油液的传感器，分别对应接收移相模块输出的n路正弦波，每个传感器包括电感电容并联谐振电路和反向放大电路；电感电容并联谐振电路的阻抗以反向放大方式输出；进一步地，所述的电感电容并联谐振电路由电感线圈与电容Cp组成，电感线圈等效为电感Ls串联一个电阻Rs，当油液中的金属磨粒通过传感器线圈时会引起电感线圈电感Ls变化，从而引起谐振电路阻抗变化。进一步地，所述的n个传感器的电感线圈采用相同的规格尺寸，与电容值相同的电容并联形成相同的并联谐振电路，保证n个传感器具有相同的检测灵敏度。所述信号合成模块接收传感器模块输出的n路传感器输出的正弦波信号，信号合成模块包括n个二极管和一个求和电路，n个二极管具有单向导通作用，只有输入信号高于设定电位Vd时才会导通，所述设定电位式中A为正弦波幅值，n个二极管截取n路正弦波信号高于设定电位Vd的波形，求和电路将截取后的n路高于设定电位Vd的波形合成一路输出信号；由于求和电路是反向放大电路，正弦波信号被截取的波包的极性由正变负；进一步地，所述的二极管为具有快恢复特性的检波二极管。所述信号采集与提取模块，采用同步采样方法通过信号采集卡采集合成的一路输出信号的峰值，信号采集卡和激励信号源工作在同一基准时钟下，针对n路传感器输出信号，使采集频率为激励信号频率的n倍,通过调节信号采集卡的采样时钟的相位即可采集到合成的输出信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置，其特征在于，包括激励信号源、分信号模块、移相模块、传感器模块、信号合成模块以及信号采集与提取模块；其中：所述激励信号源用于产生正弦波信号；所述分信号模块接收激励信号源产生的正弦波信号，并将激励信号源的信号分成相同的n路正弦波信号；分信号模块包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接n个输出口，用以输出n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号给移相模块；所述移相模块接收分信号模块输出的n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号，并移动n路相同正弦波信号的初相位，使相邻正弦波信号具有

【技术特征摘要】
1.一种基于相分复用技术的多通道磨粒检测装置，其特征在于，包括激励信号源、分信号模块、移相模块、传感器模块、信号合成模块以及信号采集与提取模块；其中：所述激励信号源用于产生正弦波信号；所述分信号模块接收激励信号源产生的正弦波信号，并将激励信号源的信号分成相同的n路正弦波信号；分信号模块包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接n个输出口，用以输出n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号给移相模块；所述移相模块接收分信号模块输出的n路幅值、频率、相位相同的正弦波信号，并移动n路相同正弦波信号的初相位，使相邻正弦波信号具有的相位差；移相模块包含一个同向放大电路和两个移相电路，同相放大电路用于将输入信号放大到指定倍数，输入信号的放大倍数应以传感器输出端的输出信号幅值为准，通过调节同向放大电路的放大倍数，使n路传感器在没有检测磨粒通过时，其输出正弦波幅值相等；所述移相电路包括电阻、可调电阻、电容和运算放大器，通过调节可调电阻的阻值，使输入的正弦波信号实现0～180°任意角度相位移动，两个移相电路完成正弦波信号0～360°的任意相位移动；所述传感器模块包括n个负载有待检测磨粒油液的传感器，分别对应接收移相模块输出的n路，每个传感器包括电感电容并联谐振电路和反向放大电路；电感电容并联谐振电路阻抗以反向放大方式输出；所述信号合成模块接收传感器模块输出的n路传感器输出的正弦波信号，信号合成模块包括n个二极管和一个求和电路，n个二极管具有单向导通作用，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大壮，武森，刘连坤，苑海超，刘志坚，潘新祥，张晓杰，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21