热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法技术

本发明专利技术提供了一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法，其包括：计算温度变化引起的线圈骨架材料变形，建立电感计算模型，确定边界条件，进行网格划分，求解滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值，获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图和不同温度下的电感值，推导电感值对滑油金属颗粒信号传感器输出特性的影响，选取总导纳作为评价指标，计算不同温度下的总导纳和相位角，获得不同线圈骨架材料下间隙变化和电感变化。本发明专利技术建立了热膨胀系数对传感器输出特性影响的半解析解，有效地分析了不同热膨胀系数、材料参数下对传感器性能的影响变化规律，大大缩短了研究周期，降低了环境干扰，可有效开展大规模的分析研究。大规模的分析研究。大规模的分析研究。

【技术实现步骤摘要】
热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法


[0001]本专利技术属于油液特种状态监测
，特别是一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法。

技术介绍

[0002]航空发动机通过实时检测滑油中金属颗粒物的种类、数量和形态，来判断主轴轴承是否处于稳定运转状态。为保证滑油金属颗粒信号传感器在应用中具备较高敏感度和准确度，结合发动机真实使用环境开展滑油金属颗粒信号传感器设计优化研究，主要包括干扰源来源分析、敏感结构电磁场平衡控制、多维度抗干扰技术研究及验证等，提高滑油金属颗粒信号传感器真实环境下的适应能力，提高检出率、降低虚警，支持发动机进行实时状态监测与故障诊断。
[0003]滑油在线屑末监测系统是由滑油金属颗粒信号传感器、信号传输电缆和数据处理单元组成的有机整体。由于发动机是个复杂的系统，存在复杂的电、热、磁、力的多因素耦合环境，滑油在线屑末监测系统在温度、振动、电磁等复杂环境中，各部分都可能遭遇到外部环境或设备的干扰或产生干扰叠加，从而导致屑末监测系统的检测能力下降。因此，针对滑油金属颗粒信号传感器，结合振动、温变等环境因素，寻求一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法，以优化传感器性能、提高系统检测率、降低虚警率是十分迫切且必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述现有技术中的缺陷，提出一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法。该方法包括计算温度变化引起的线圈骨架材料变形，建立电感计算模型，确定边界条件，进行网格划分，求解滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值，获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图和不同温度下的电感值，推导电感值对滑油金属颗粒信号传感器输出特性的影响，选取总导纳作为评价指标，计算不同温度下的总导纳和相位角，获得不同线圈骨架材料下间隙变化和电感变化。本专利技术建立了热膨胀系数对传感器输出特性影响的半解析解，有效地分析了不同热膨胀系数、材料参数下对传感器性能的影响变化规律，大大缩短了研究周期，降低了环境干扰，可有效开展大规模的分析研究。
[0005]本专利技术提供一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法，其包括以下步骤：
[0006]S1、计算温度变化引起的线圈骨架材料变形量：根据滑油金属颗粒信号传感器的线圈骨架材料的热膨胀系数k、温度差ΔT和线圈骨架外径D，计算温度变化引起的线圈骨架材料变形量δ：
[0007]δ＝kΔTD(1)；
[0008]S2、建立电感计算模型：选择滑油金属颗粒信号传感器的电磁模块，设置滑油金属
颗粒信号传感器的线圈匝数、线径大小和材料属性，绘制几何模型；
[0009]S3、确定边界条件；
[0010]S4、进行网格划分：采用映射网格生成器对绕组进行网格划分，采用自由四面体网格对空气域进行网格划分；
[0011]S5、求解滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值：输入值为滑油金属颗粒信号传感器的线圈结构参数，输出值为滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值；
[0012]S6、获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图和不同温度下的电感值；
[0013]S61、获得滑油金属颗粒信号传感器运行到稳定状态时的信息，经处理分析获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图；
[0014]S62、基于有限元，计算不同温度下滑油金属颗粒信号传感器的电感值；
[0015]S7、推导电感值对滑油金属颗粒信号传感器输出特性的影响，选取总导纳作为评价指标；
[0016]S8、基于步骤S6获得的不同温度下的电感值，计算不同温度下的总导纳和相位角；
[0017]S81、分别计算常温和低温下的总导纳Y1,Y2；
[0018][0019][0020]其中，R
e
表示电阻；jωL
e1
表示常温下电感；jωL
e2
表示低温下电感；1/jωC
e
表示电容在交流电路里的阻抗；
[0021]S82、分别计算常温和低温下的相位角θ1,θ2；
[0022][0023][0024]S9、获得不同线圈骨架材料下间隙变化和电感变化：线圈骨架材料由第一材料转换为第二材料，重复执行步骤S1至步骤S8，计算常温到低温变化下壳体与线圈骨架的间隙变化和电感变化。
[0025]进一步，所述步骤S7具体包括以下步骤：
[0026]S71、计算阻抗Z
e
：
[0027][0028]其中，jωL
e
表示电感；
[0029]S72、描述滑油金属颗粒信号传感器电路的特性：
[0030][0031]其中，I表示回路总电流；E表示电压；
[0032]S73、采用导纳来描述，由于存在：
[0033][0034]其中，I1,I2,I3分别表示第一电流、第二电流和第三电流；E表示电压；t表示时间；
[0035]则有：
[0036][0037][0038][0039]S74、计算回路总电流I：
[0040][0041]其中，I
a
表示幅值；wt表示幅角；
[0042]即有：
[0043][0044]S75、计算电感导纳和电容导纳，所述电感导纳为：
[0045][0046]所述电容导纳为：
[0047][0048]S76、计算总导纳Y，所述总导纳为电感的导纳和电容的导纳之和：
[0049][0050]可优选的，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0051]S31、采用均匀多匝模型建立电磁场模型，所述电磁场模型的控制方程为：
[0052][0053]其中，J表示电流密度；B表示模型所用材料相对磁导率；V表示电势；σ表示材料电
导率；ω表示角频率；A表示磁矢量势；D表示相对介电常数；H表示磁场；J
e
表示外加电流密度；表示梯度；
[0054]S32、滑油金属颗粒信号传感器的电磁模块内导体的第一端采用接地边界条件，则所述导体第一端的第一控制方程为：
[0055]V＝0(3)；
[0056]S33、所述导体的第二端采用终端边界条件，则所述导体第二端的第二控制方程为：
[0057][0058]其中，V表示导体第一端电势；σ表示求解模型表面域；S表示截面；n表示边界的法向矢量；I0表示流通电流；Ω表示闭合曲面。
[0059]可优选的，所述步骤S5具体包括以下步骤：
[0060]S51、通过离散的手段将求解域离散成一系列相互关联的小单元，形成离散的方程组，得到单元节点上的解，即线圈电感值；针对单元节点外的任意位置，通过插值方法获得线圈电感值；所述离散的方程组为：
[0061][0062]Ku＝F(6)
[0063]其中，c表示偏微分方程系数项；f表示源项；K表示刚度系数矩阵；F表示载荷向量；u表示解向量；
[0064]S52、采用频域计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、计算温度变化引起的线圈骨架材料变形量：根据滑油金属颗粒信号传感器的线圈骨架材料的热膨胀系数k、温度差ΔT和线圈骨架外径D，计算温度变化引起的线圈骨架材料变形量δ：δ＝kΔTD(1)；S2、建立电感计算模型：选择滑油金属颗粒信号传感器的电磁模块，设置滑油金属颗粒信号传感器的线圈匝数、线径大小和材料属性，绘制几何模型；S3、确定边界条件；S4、进行网格划分：采用映射网格生成器对绕组进行网格划分，采用自由四面体网格对空气域进行网格划分；S5、求解滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值：输入值为滑油金属颗粒信号传感器的线圈结构参数，输出值为滑油金属颗粒信号传感器的线圈电感值；S6、获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图和不同温度下的电感值；S61、获得滑油金属颗粒信号传感器运行到稳定状态时的信息，经处理分析获得滑油金属颗粒信号传感器的磁感应强度分布云图；S62、基于有限元，计算不同温度下滑油金属颗粒信号传感器的电感值；S7、推导电感值对滑油金属颗粒信号传感器输出特性的影响，选取总导纳作为评价指标；S8、基于步骤S6获得的不同温度下的电感值，计算不同温度下的总导纳和相位角；S81、分别计算常温和低温下的总导纳Y1,Y2；；其中，R
e
表示电阻；jωL
e1
表示常温下电感；jωL
e2
表示低温下电感；1/jωC
e
表示电容在交流电路里的阻抗；S82、分别计算常温和低温下的相位角θ1,θ2；；S9、获得不同线圈骨架材料下间隙变化和电感变化：线圈骨架材料由第一材料转换为第二材料，重复执行步骤S1至步骤S8，计算常温到低温变化下壳体与线圈骨架的间隙变化和电感变化。2.根据权利要求1所述的热膨胀系数对滑油金属颗粒信号传感器性能影响分析方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括以下步骤：
S71、计算阻抗Z
e
：其中，jωL
e
表示电感；S72、描述滑油金属颗粒信号传感器电路的特性：其中，I表示回路总电流；E表示电压；S73、采用导纳来描述，由于存在：其中，I1,I2,I3分别表示第一电流、第二电流和第三电流；E表示电压；t表示时间；则有：则有：则有：S74、计算回路总电流I：I＝I1+I2+I3＝I
a
e
jwt
(15)其中，I
a
表示幅值；wt表示幅角；即有：S75、计算电感导纳和电容导纳，所述电感导纳为：所述电容导纳为：S76、计算总导纳Y，所述总导纳为电感的导纳和电容的导...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄炎，张瑞，马静，刘长栋，刘德峰，王立清，杨超，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所北京长城航空测控技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：