基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器及检测方法技术

技术编号:27829844 阅读:13 留言:0更新日期:2021-03-30 11:29
本发明专利技术涉及一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器及检测方法,其包括检测单元,检测单元设置在传感器外壳内,油管通道入口与检测单元的第一端连接,油管通道出口与检测单元的第二端连接;检测单元包括陶瓷骨架,陶瓷骨架的一端为检测单元入口,检测单元入口与油管通道入口连通,陶瓷骨架的另一端为检测单元出口,检测单元出口与油管通道出口连通;陶瓷骨架的外侧间隔设置有三个线圈凹槽,位于中部的线圈凹槽内设置有感应线圈,位于感应线圈两侧的线圈凹槽内分别设置有第一激励线圈和第二激励线圈;位于感应线圈、第一激励线圈和第二激励线圈的径向外侧以及轴向两侧设置有高磁导率铁芯。本发明专利技术可以广泛在设备油液系统故障检测领域中应用。统故障检测领域中应用。统故障检测领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种设备油液系统故障检测领域,特别是关于一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器及检测方法。

技术介绍

[0002]在机械设备的运行过程中,摩擦导致的磨损现象是不可避免的,因设备过度磨损而导致的机械故障是影响机械设备正常运行的主要障碍之一。在机械设备长时间的运行过程中产生的磨损颗粒中包含着设备当前阶段的磨损状态信息,通过对润滑油液中磨粒信息的实时检测,可以有效的获取当前的设备磨损状态。研究表明机械设备正常运行时润滑系统内的磨损颗粒直径集中于20μm;当设备磨损加剧时,油液内的磨损颗粒直径将增加到50μm

150μm,而50

150μm区间的颗粒又会导致设备发生更大的磨损。因此对润滑油内磨损颗粒的检测研究应尽可能提高对50

150μm左右磨损颗粒的检测能力。现阶段的油液磨粒在线检测方法主要有光学检测、电学检测、声学检测、电感检测等。其中电感式金属磨损颗粒检测传感器具有结构形式简单可靠、温度稳定性好、抗背景噪声能力强的优点,但其对微小磨粒的检测能力较弱的缺点仍然限制了其得到广泛应用。如何提高电感式金属磨损颗粒检测传感器对微小磨粒的检测能力是目前对电感式磨粒检测传感器的主要研究方向。

技术实现思路

[0003]针对上述金属磨损颗粒检测传感器对微小磨粒检测能力不足的问题,本专利技术的目的是提供一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器及检测方法,其能有效提高对于微小磨粒的检测能力。
[0004]为实现上述目的,本专利技术采取以下技术方案:一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器,其包括:油管通道入口、检测单元、油管通道出口和传感器外壳;所述检测单元设置在所述传感器外壳内,所述油管通道入口与所述检测单元的第一端连接,所述油管通道出口与所述检测单元的第二端连接;所述检测单元包括检测单元入口、陶瓷骨架、第一激励线圈、感应线圈、第二激励线圈、检测单元出口和高磁导率铁芯;所述陶瓷骨架的一端为所述检测单元入口,所述检测单元入口与所述油管通道入口连通,所述陶瓷骨架的另一端为所述检测单元出口,所述检测单元出口与所述油管通道出口连通;所述陶瓷骨架的外侧间隔设置有三个线圈凹槽,位于中部的所述线圈凹槽内设置有所述感应线圈,位于所述感应线圈两侧的所述线圈凹槽内分别设置有所述第一激励线圈和第二激励线圈;位于所述感应线圈、第一激励线圈和第二激励线圈的径向外侧以及轴向两侧设置有所述高磁导率铁芯。
[0005]进一步,所述第一激励线圈和第二激励线圈绕制方向相反。
[0006]进一步,所述高磁导率铁芯采用导磁胶分别与所述感应线圈、第一激励线圈和第二激励线圈的外侧及轴向两侧固定连接。
[0007]进一步,所述第一激励线圈、第二激励线圈和感应线圈都采用漆包线绕制而成。
[0008]进一步,所述高磁导率铁芯的相对磁导率为5000

20000。
[0009]进一步,所述高磁导率铁芯采用相对磁导率为5000的铍镆合金制成。
[0010]一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器的检测方法,该方法采用上述金属磨损颗粒检测传感器,包括以下步骤:
[0011]1)带有金属磨损颗粒的润滑油液进入传感器后,磨损颗粒在传感器背景磁场的作用下被磁化,并在磨损颗粒位置处分别产生外部磁化场和内部磁化场,得到磨损颗粒处的合磁场;
[0012]2)根据磨损颗粒处的合磁场得到磨损颗粒内部的磁化强度;
[0013]3)根据颗粒内部磁化强度得到颗粒内部磁感应强度B和传感器中磁化场的总磁链,进而得到感器输出感应电动势,通过该感应电动势实现对微小金属磨损颗粒进行检测。
[0014]进一步,磨损颗粒处的合磁场H为:
[0015]H=H0+H
in
=H0‑
NM,
[0016]式中,H
in
为磨损颗粒内部退磁场,H0为线圈内部磁场强度,M为磨损颗粒的磁化强度,N为退磁因子。
[0017]进一步,颗粒内部磁化强度M'为:
[0018][0019]式中,μ
r
为相对导磁率,H'为添加高磁导率铁芯后空间磁场的总磁场强度,H'=H0+H1,H0为线圈内部磁场强度,H1为磁场增量。
[0020]进一步,传感器输出感应电动势E为:
[0021][0022]式中,I为通过线圈的电流;为激励电压;R
s
为单个线圈电阻;L为线圈电感;

L为传感器线圈电感增量,磨损颗粒通过引起的传感器总磁链变化量为

ψ,

L=

ψ/L。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案,其具有以下优点:本专利技术通过在激励线圈Ⅰ/激励线圈Ⅱ和感应线圈的轴向两侧及径向外侧添加高磁导率铁芯,将感应磁场引导向轴芯方向,同时避免了磁场向无效方向泄露,增加了传感器线圈内部磁场强度,增加了磨粒通过传感器时产生的磁化涡流效应,提升了传感器输出电压幅值。对于微小磨粒,提升后的电压幅值更容易达到检测识别标准,有助于提升电感式传感器对微小磨粒的检测能力。
附图说明
[0024]图1为本专利技术基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器结构示意图。
[0025]图2为本专利技术检测单元结构图。
[0026]图3为添加高磁导率铁芯前后金属磨损颗粒检测传感器轴线磁通密度对比图。
[0027]图4为添加高磁导率材料前后金属磨损颗粒检测传感器输出感应电压对比图。
[0028]图中,1:油管通道入口,2:电感式检测单元,3:油管通道出口,4:传感器外壳,5:检测单元入口,6:陶瓷骨架,7:第一激励线圈,8:感应线圈,9:第二激励线圈,10:检测单元出口,11:高磁导率铁芯。
具体实施方式
[0029]在本专利技术的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。
[0030]如图1所示,本专利技术提供一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器,其包括油管通道入口1、检测单元2、油管通道出口3和传感器外壳4。检测单元2设置在传感器外壳4内,油管通道入口1与检测单元2的第一端连接,油管通道出口3与检测单元2的第二端连接。其中:
[0031]如图2所示,检测单元2包括检测单元入口5、陶瓷骨架6、第一激励线圈7、感应线圈8、第二激励线圈9、检测单元出口10和高磁导率铁芯11。
[0032]陶瓷骨架6的一端为检测单元入口5,检测单元入口5与油管通道入口1连通;陶瓷骨架6的另一端为检测单元出口10,检测单元出口10与油管通道出口3连通。陶瓷骨架6的本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高磁导率铁芯的金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,包括:油管通道入口、检测单元、油管通道出口和传感器外壳;所述检测单元设置在所述传感器外壳内,所述油管通道入口与所述检测单元的第一端连接,所述油管通道出口与所述检测单元的第二端连接;所述检测单元包括检测单元入口、陶瓷骨架、第一激励线圈、感应线圈、第二激励线圈、检测单元出口和高磁导率铁芯;所述陶瓷骨架的一端为所述检测单元入口,所述检测单元入口与所述油管通道入口连通,所述陶瓷骨架的另一端为所述检测单元出口,所述检测单元出口与所述油管通道出口连通;所述陶瓷骨架的外侧间隔设置有三个线圈凹槽,位于中部的所述线圈凹槽内设置有所述感应线圈,位于所述感应线圈两侧的所述线圈凹槽内分别设置有所述第一激励线圈和第二激励线圈;位于所述感应线圈、第一激励线圈和第二激励线圈的径向外侧以及轴向两侧设置有所述高磁导率铁芯。2.如权利要求1所述金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,所述第一激励线圈和第二激励线圈绕制方向相反。3.如权利要求1所述金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,所述高磁导率铁芯采用导磁胶分别与所述感应线圈、第一激励线圈和第二激励线圈的外侧及轴向两侧固定连接。4.如权利要求1所述金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,所述第一激励线圈、第二激励线圈和感应线圈都采用漆包线绕制而成。5.如权利要求1所述金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,所述高磁导率铁芯的相对磁导率为5000

20000。6.如权利要求5所述金属磨损颗粒检测传感器,其特征在于,所述高磁导率铁芯采用相对磁导率为5000的铍镆合金制成。7....

【专利技术属性】
技术研发人员:王立勇陈涛范辰贾然
申请(专利权)人:北京信息科技大学
类型:发明
国别省市:

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