一种四线圈电感式磨粒传感器及其设计制造技术

本发明专利技术涉及一种四线圈电感式磨粒传感器及其设计

【技术实现步骤摘要】
一种四线圈电感式磨粒传感器及其设计、工作方法


[0001]本专利技术涉及金属颗粒检测
，尤其是涉及一种四线圈电感式磨粒传感器及其设计
、
工作方法
。

技术介绍

[0002]在现今工业自动化水平和工厂效率不断提高地情况下，工业企业机械设备的稳定性
、
安全性及可靠性的要求也越来越高
。
一旦设备运转状态出现异常，会对企业的生产安全和产出效益产生极为不利的影响，所以及时精确地监测机械设备的故障并进行诊断十分必要
。
[0003]目前机械设备中零部件的主要失效形式有磨损
、
断裂和腐蚀三种，其中磨损是最为常见的故障
。
由磨损产生的各类金属磨粒将落入到润滑油中一起循环流动，这一现象使得零部件表面的物理性质发生改变，进而影响到机械设备的可靠性和使用寿命
。
为了避免设备因磨损产生故障而造成严重的事故，通常需要对机械设备的零部件进行磨损监测，磨损监测中的油路磨粒检测是基于机械设备润滑油中金属磨粒会携带丰富的设备磨损信息开展的
。
金属磨粒按材料属性可分为铁磁性和非铁磁性两类，根据磨粒材料属性，就可以对磨损部位大致定位，磨粒的尺寸大小则代表了零部件的磨损程度
。
基于磨粒特性，可以通过监测机械设备润滑油中金属磨粒的参数，以对设备的运转工况和磨损程度进行综合判断，从而实现对磨损失效的早期预测，对于保证设备的正常可靠运转而言具有重要意义，同时能够对延长设备的使用寿命起到积极影响
。
[0004]现有的磨粒传感器大多基于电磁感应原理，利用金属颗粒对原磁场产生的磁通变化量，以在感应线圈中获得感应电动势，即得到磨粒检测信号
。
但在实际应用中，由于金属颗粒尺寸非常小，导致其对原磁场产生的影响
、
即产生的磁通变化量也很小，使得后续检测信号较弱
、
检测精度较差，为此，现有技术采用增加磁通变化率的方式，比如增大原线圈的匝数，以期增强检测信号，但这种方式无疑会导致传感器体积过大，实际并不可取
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种四线圈电感式磨粒传感器及其设计
、
工作方法，能够增强磨粒检测信号
、
提高检测精度，同时确保传感器体积较小
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种四线圈电感式磨粒传感器，包括骨架，所述骨架上缠绕设置有相互对称的第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组包括第一激励线圈和第一感应线圈，所述第二线圈组包括第二激励线圈和第二感应线圈，所述第一激励线圈和第二激励线圈反向串联连接，所述第一激励线圈和第二激励线圈分别与正弦交流电源相连接
。
[0007]进一步地，第一感应线圈和第二感应线圈直接绕制在骨架的外壁，所述第一激励线圈绕制在第一感应线圈外部，所述第二激励线圈绕制在第二感应线圈外部
。
[0008]进一步地，所述第一线圈组和第二线圈组的两侧均设置有挡板
。
[0009]进一步地，所述挡板等间距地固定设置于骨架的外壁上
。
[0010]进一步地，所述骨架内部设置有油液通道
。
[0011]进一步地，所述骨架具体为内部中空的圆柱体结构
。
[0012]进一步地，所述骨架采用树脂惰性材料制成
。
[0013]一种四线圈电感式磨粒传感器的设计方法，包括以下步骤：
[0014]D1、
根据单匝激励线圈模型，确定出单层多匝线圈磁场分布；
[0015]D2、
基于单层多匝线圈磁场分布，进一步依次确定出多层螺线管模型
、
多层双线圈螺线管模型；
[0016]D3、
基于多层双线圈螺线管模型，建立四线圈结构模型，确定第一线圈组和第二线圈组对应的长度
、
匝数
、
导线线径以及线圈厚度
。
[0017]一种四线圈电感式磨粒传感器的工作方法，包括以下步骤：
[0018]W1、
正弦交流电源通电连接第一激励线圈和第二激励线圈，金属颗粒随油液进入骨架内部；
[0019]W2、
当金属颗粒经过第一感应线圈，使得第一激励线圈在第一感应线圈内产生的磁通量发生变化，此时第二激励线圈在第二感应线圈处产生的磁通量不变，进而确定出整个传感器的磁通量；
[0020]W3、
根据整个传感器的磁通量，确定出传感器输出的感应电压有效值，即为传感器输出检测信号
。
[0021]进一步地，所述传感器输出的感应电压有效值具体为：
[0022][0023][0024]其中，
E
为传感器输出的感应电压有效值，为整个传感器的磁通量，为第一激励线圈在第一感应线圈内产生的变化磁通量，为第二激励线圈在第二感应线圈内产生的磁通量，
N1、N2分别为感应线圈的匝数
、
激励线圈的匝数，
L1为第一激励线圈的电感，
Δ
L
为被覆盖部分第一激励线圈局部电感变化量，
q
为激励线圈磁通量在感应线圈内的耦合系数，
R2为激励线圈的电阻，
U
m
为正弦交流电源输出交流电压峰值
。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]一
、
本专利技术通过在骨架上缠绕设置相互对称的第一线圈组和第二线圈组，第一线圈组和第二线圈组均包括一个激励线圈和一个感应线圈，且两个线圈组内的激励线圈之间反向串联连接
、
激励线圈绕制在感应线圈外部，当交流激励源进入两个激励线圈，金属磨粒
进入传感器内部时，传感器原本的磁场会被打破，感应线圈的磁场发生变化，使得传感器输出相应感应电动势，由此增强检测信号
、
提高检测精度，并且不会增加传感器体积
。
[0027]二
、
本专利技术在骨架内部设置油液通道，以方便金属磨粒随油液进入传感器内部，此外，两个线圈组的两侧均设置挡板，使得线圈组嵌设在两个挡板之间，且挡板固定在骨架的外壁上，由此保证传感器结构紧凑
、
确保传感器工作可靠
。
[0028]三
、
本专利技术中，当金属磨粒通过感应线圈时，两个激励线圈所产生的磁场会相互抵消，通过磁化和涡流效应，即能够分辨出金属磨粒的材料类型，并判断出铁磁性和非铁磁性，当铁磁性磨粒进入传感器时，此时磨粒会由于磁化效应而产生一个与线圈磁场方向相同的磁化磁场，使整体磁场强度增大；当非铁磁性磨粒进入传感器时，此时的磁化效应几乎可以忽略，取而代之的是涡流效应，根据楞次定律，磨粒产生的电涡流磁场与线圈磁场方向相反，从而使整体磁场强度减弱
。
因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，包括骨架
(3)
，所述骨架
(3)
上缠绕设置有相互对称的第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组包括第一激励线圈
(11)
和第一感应线圈
(12)
，所述第二线圈组包括第二激励线圈
(21)
和第二感应线圈
(22)
，所述第一激励线圈
(11)
和第二激励线圈
(21)
反向串联连接，所述第一激励线圈
(11)
和第二激励线圈
(21)
分别与正弦交流电源相连接
。2.
根据权利要求1所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，第一感应线圈
(12)
和第二感应线圈
(22)
直接绕制在骨架
(3)
的外壁，所述第一激励线圈
(11)
绕制在第一感应线圈
(12)
外部，所述第二激励线圈
(21)
绕制在第二感应线圈
(22)
外部
。3.
根据权利要求1所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，所述第一线圈组和第二线圈组的两侧均设置有挡板
(4)。4.
根据权利要求3所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，所述挡板
(4)
等间距地固定设置于骨架
(3)
的外壁上
。5.
根据权利要求1所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，所述骨架
(3)
内部设置有油液通道
。6.
根据权利要求5所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特征在于，所述骨架
(3)
具体为内部中空的圆柱体结构
。7.
根据权利要求1～6任一所述的一种四线圈电感式磨粒传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩清鹏，朱鸣飞，沈新航，朱瑞，袁斌霞，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：