一種基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)傳感器，在油液設(shè)備的油管兩側(cè)設(shè)置對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，作為激勵(lì)源；使兩側(cè)磁場(chǎng)在油管處疊加，并沿徑向作用于油管；同時(shí)設(shè)置檢測(cè)線圈，使得在油管中有磨粒通過(guò)磁場(chǎng)回路時(shí)，導(dǎo)致磁場(chǎng)回路的磁通量變化，磁通量的變化使檢測(cè)線圈中電壓的變化，進(jìn)而由檢測(cè)線圈實(shí)時(shí)輸出自身的感應(yīng)電壓信號(hào)；將檢測(cè)線圈輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，同時(shí)進(jìn)行抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)的處理，再經(jīng)過(guò)后續(xù)分析處理，得到磨粒信息。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：采用雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可以保證磁場(chǎng)回路以油管為中心對(duì)稱，從而使穿過(guò)油管的磁場(chǎng)更加均勻、更加對(duì)稱，同時(shí)也能增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高傳感器的靈敏度。
【專利說(shuō)明】-種基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法及監(jiān) 測(cè)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷及壽命預(yù)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種基 于徑向磁場(chǎng)的在線磨粒監(jiān)測(cè)傳感器及其監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 研究表明，磨損會(huì)大大影響液壓設(shè)備的工作可靠性和使用壽命。磨損會(huì)造成巨大 的經(jīng)濟(jì)損失，約80%的機(jī)械故障與磨損有著直接關(guān)系，其中磨料磨損是主要原因。在礦山、 煤炭、建筑W及運(yùn)輸機(jī)械中，磨損均會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設(shè) 備磨損的主要原因是由油液中的固體顆粒污染物造成的。如果對(duì)使用油液的設(shè)備進(jìn)行油液 狀態(tài)的實(shí)時(shí)的檢測(cè)、記錄和數(shù)據(jù)處理，并由此判斷機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，進(jìn)行健康預(yù)測(cè)，就 能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果制定合適的管理和維護(hù)策略。
[0003] 液壓油在液壓系統(tǒng)中起著傳遞能量、系統(tǒng)防滑、防磨、防誘、冷卻等功能，因而分析 液壓油中的污染物質(zhì)可W得到諸多關(guān)于設(shè)備運(yùn)行狀況的信息。分析油液中雜質(zhì)的成分，需 要對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損類型、規(guī)律W及影響因素有一定的了解。
[0004] 根據(jù)機(jī)械部件的不同，機(jī)械磨損的誘導(dǎo)因素各有差異。磨損主要分為粘著磨損、磨 料磨損、表面疲勞磨損W及腐蝕磨損該幾種類型，其中磨料磨損是污染油液、造成機(jī)械故障 的主要原因。在一般情況下，機(jī)械零件的磨損又分為=個(gè)階段。
[0005] (1)磨合階段，該階段是因?yàn)榱慵倓偧庸ね瓿蓵r(shí)，零件表面不平整。在凸塊位置 會(huì)產(chǎn)生較高的接觸應(yīng)力，磨損速度較快。隨著機(jī)械的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)磨合，凸塊的部分被不斷磨 平。摩擦表面的接觸面積逐漸增加，從而使磨損速度減緩。
[0006] (2)穩(wěn)定磨損階段，磨損速度減緩而且趨于穩(wěn)定，磨損量隨時(shí)間增加而增加，間隙 逐漸增大。
[0007] (3)急速磨損階段，由于溫度急劇增加，金屬組織發(fā)生變化等因素的影響，產(chǎn)生的 間隙過(guò)大，潤(rùn)滑油膜易破壞。此時(shí)磨損速度迅速增加，導(dǎo)致精度降低，機(jī)械效率降低，出現(xiàn)異 常的震動(dòng)和噪聲，最終可能會(huì)導(dǎo)致意外。不同磨損期產(chǎn)生的磨粒具有不同的特征，為了避免 急速磨損階段的產(chǎn)生，檢測(cè)油液中雜質(zhì)顆粒的濃度、尺寸、形狀、成分等指標(biāo)對(duì)故障的早期 預(yù)警顯得尤為重要。
[000引 目前用于油液檢測(cè)的傳感器種類有很多種，在各類傳感器當(dāng)中，電磁感應(yīng)式傳感 器是當(dāng)前研究的焦點(diǎn)。該種傳感器測(cè)量范圍廣，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高精度的手段 多樣等特點(diǎn)。
[0009] 如圖1所示，該傳感器為傳統(tǒng)的螺線管結(jié)構(gòu)的電磁感應(yīng)式傳感器。線圈直接繞在 油管上，線圈中通電流時(shí)，將在油管軸向感應(yīng)出磁場(chǎng)。當(dāng)油管中有磨粒通過(guò)時(shí)，將引起磁通 量的變化，通過(guò)檢測(cè)該變化可W-定程度上得到磨粒信息。線圈直接纏繞在油管上，必須固 定安裝，對(duì)使用造成了不便，另外線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是與油管平行的，該就導(dǎo)致整個(gè)磁路中有 很大一部分是由空氣構(gòu)成的，使得總磁通受到了很大的損失，故而影響了檢測(cè)靈敏度。所W 我們將采用一種新的傳感器結(jié)構(gòu)w解決磁路損失的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對(duì)電磁感應(yīng)式傳感器進(jìn)行改造W及驗(yàn)證，提出一種基于徑向磁場(chǎng)的雙邊 對(duì)稱結(jié)構(gòu)線磨粒監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)油液內(nèi)磨粒的相關(guān)信息，有效地推測(cè)液 壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行故障診斷W及預(yù)測(cè)壽命，同時(shí)保證傳感器的高精度和高可靠性。
[0011] 本發(fā)明一種基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)的在線磨粒監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)下述方式實(shí) 現(xiàn)：
[0012] 首先，在油液設(shè)備的油管兩側(cè)對(duì)稱位置施加相互對(duì)稱且旋轉(zhuǎn)方向相反的磁場(chǎng)，形 成雙邊對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，作為激勵(lì)源。
[0013] 然后，使兩磁場(chǎng)在油管處疊加，并沿徑向作用于油管。
[0014] 接著，設(shè)置檢測(cè)線圈，使得在油管中有磨粒通過(guò)磁場(chǎng)回路時(shí)，導(dǎo)致磁場(chǎng)回路的磁通 量變化，磁通量的變化使檢測(cè)線圈中電壓的變化，進(jìn)而由檢測(cè)線圈實(shí)時(shí)輸出自身的感應(yīng)電 壓信號(hào)。
[0015] 最后，將檢測(cè)線圈輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，同時(shí)進(jìn)行抑制共模信號(hào)，放 大差模信號(hào)的處理，再經(jīng)過(guò)后續(xù)分析處理，得到磨粒信息。
[0016] 同時(shí)針對(duì)上述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法還提出一種監(jiān)測(cè) 傳感器，安裝于油液的設(shè)備的油管上，包括永磁鐵、鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂、檢測(cè)線圈和放大電路。
[0017] 其中，永磁鐵與鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂均為兩個(gè)；兩個(gè)永磁鐵對(duì)稱設(shè)置，S級(jí)之間與N級(jí)之間 分別通過(guò)一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂相連；由此兩個(gè)永磁鐵與鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套接在油液 設(shè)備的油管上，使油管的軸線位于環(huán)形結(jié)構(gòu)的中屯、處；兩個(gè)永磁鐵作為激勵(lì)源產(chǎn)生兩個(gè)旋 轉(zhuǎn)方向相反的磁場(chǎng)，形成雙邊對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，并在油管處疊加，徑向加載在油管上。
[0018] 所述檢測(cè)線圈設(shè)置于一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂的中部；放大電路用來(lái)將檢測(cè)線圈檢測(cè)到的 電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的電壓信號(hào)輸入到外置的信號(hào)采集設(shè)備中，通過(guò)信號(hào)采集 設(shè)備進(jìn)行分析處理得到磨粒信息。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0020] (1)本發(fā)明采用雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可W保證磁場(chǎng)回路W油管為中屯、對(duì)稱，從而使穿過(guò) 油管的磁場(chǎng)更加均勻、更加對(duì)稱，同時(shí)也能增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高傳感器的靈敏度；
[0021] (2)本發(fā)明采用徑向磁場(chǎng)的檢測(cè)的結(jié)構(gòu)，能夠使傳感器的敏感尺寸（磁場(chǎng)的軸向 寬度）與激勵(lì)源和檢測(cè)線圈的幾何尺寸解禪，因此徑向磁場(chǎng)更容易提高單位面積內(nèi)的磁通 量，從而提高傳感器的靈敏度；
[0022] (3)本發(fā)明采用靜態(tài)磁場(chǎng)能提高傳感器的線性度同時(shí)減小由激勵(lì)線圈參數(shù)變化導(dǎo) 致的測(cè)量誤差。W往采用交流激勵(lì)，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，傳感器的非線性問(wèn)題比較嚴(yán)重；而且激 勵(lì)的頻率都在兆赫級(jí)甚至更高，激勵(lì)線圈微小的參數(shù)漂移就會(huì)引起傳感器的輸出變化，因 此容易引起測(cè)量誤差；
[0023] (4)本發(fā)明采用侶殼全包裹的結(jié)構(gòu)，能夠有效屏蔽環(huán)境中的工頻干擾，降低采集信 號(hào)中的噪聲，進(jìn)而提高傳感器的精度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是傳統(tǒng)電磁傳感器施加軸向磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法流程圖；
[0026] 圖3是油管附近的磁場(chǎng)分布仿真圖；
[0027] 圖4是單邊結(jié)構(gòu)橫向和縱向截面的磁場(chǎng)分布曲線；
[002引圖5是雙邊結(jié)構(gòu)縱向截面的磁場(chǎng)分布曲線；
[0029] 圖6a是無(wú)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的未經(jīng)濾波處理的電壓信號(hào)波形 圖；
[0030] 圖化是無(wú)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的經(jīng)濾波處理的電壓信號(hào)波形 圖；
[003U 圖7a是lOOum級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[003引圖化是lOOum級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[003引圖8a是200um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[0034] 圖8b是200um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[0035] 圖9a是400um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[0036] 圖9b是400um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[0037] 圖10a是600um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖；
[0038] 圖1化是600um級(jí)磨粒的蠟塊通過(guò)本發(fā)明的傳感器產(chǎn)生的電壓波形示意圖。
[0039] 圖11是本發(fā)明基于徑向磁場(chǎng)的在線磨粒監(jiān)測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖12是油路通過(guò)部分的磁場(chǎng)仿真圖。
[0041] 圖中；
[0042] 1-永磁鐵 2-導(dǎo)磁臂3-檢測(cè)線圈
[0043] 4-放大電路5-屏蔽罩6-凸塊
[0044] 7-油管

【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0046] 本發(fā)明基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法，如圖2所示，具體通過(guò) 下述方式實(shí)現(xiàn)：
[0047] 首先，在油液設(shè)備的油管兩側(cè)對(duì)稱位置施加相互對(duì)稱且旋轉(zhuǎn)方向相反的磁場(chǎng)，形 成雙邊對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，作為激勵(lì)源；此時(shí)，兩磁場(chǎng)在油管處疊加，并沿徑向作用于油管； 接著，當(dāng)油管中有磨粒通過(guò)磁場(chǎng)回路時(shí)，將導(dǎo)致磁場(chǎng)回路的磁通量變化，磁通量的變化會(huì)引 起檢測(cè)線圈中電壓的變化，進(jìn)而由檢測(cè)線圈實(shí)時(shí)輸出自身的感應(yīng)電壓信號(hào)U :
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法，其特征在于： 首先，在油液設(shè)備的油管兩側(cè)對(duì)稱位置施加相互對(duì)稱且旋轉(zhuǎn)方向相反的磁場(chǎng)，形成雙 邊對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，作為激勵(lì)源； 然后，使兩磁場(chǎng)在油管處疊加，并沿徑向作用于油管； 接著，設(shè)置檢測(cè)線圈，使得在油管中有磨粒通過(guò)磁場(chǎng)回路時(shí)，導(dǎo)致磁場(chǎng)回路的磁通量變 化，磁通量的變化使檢測(cè)線圈中電壓的變化，進(jìn)而由檢測(cè)線圈實(shí)時(shí)輸出自身的感應(yīng)電壓信 號(hào)； 最后，將檢測(cè)線圈輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，同時(shí)進(jìn)行抑制共模信號(hào)，放大差 模信號(hào)的處理，再經(jīng)過(guò)后續(xù)分析處理，得到磨粒信息。
2. 權(quán)利要求1所述的基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感 器，安裝于油液的設(shè)備的油管上，其特征在于：包括永磁鐵、鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂、檢測(cè)線圈和放大電 路； 其中，永磁鐵與鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂均為兩個(gè)；兩個(gè)永磁鐵對(duì)稱設(shè)置，S級(jí)之間與N級(jí)之間分別 通過(guò)一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂相連；由此兩個(gè)永磁鐵與鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，套接在油液設(shè)備 的油管上，使油管的軸線位于環(huán)形結(jié)構(gòu)的中心處；兩個(gè)永磁鐵作為激勵(lì)源產(chǎn)生兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方 向相反的磁場(chǎng)，形成雙邊對(duì)稱的磁場(chǎng)回路，并在油管處疊加，徑向加載在油管上； 所述檢測(cè)線圈設(shè)置于一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂的中部；放大電路用來(lái)將檢測(cè)線圈檢測(cè)到的電壓 信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的電壓信號(hào)輸入到外置的信號(hào)采集設(shè)備中，通過(guò)信號(hào)采集設(shè)備 進(jìn)行分析處理得到磨粒信息。
3. 如權(quán)利要求2所述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感器， 其特征在于：所述兩個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂設(shè)計(jì)為中部具有凸塊的T型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)凸塊相對(duì)，間距與 油管直徑相等，通過(guò)兩個(gè)凸塊實(shí)現(xiàn)油管的定位。
4. 如權(quán)利要求3所述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感器， 其特征在于：所述任意一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂的凸塊上纏繞檢測(cè)線圈。
5. 如權(quán)利要求3所述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感器， 其特征在于：所述檢測(cè)線圈安裝在任意一個(gè)鐵質(zhì)導(dǎo)磁臂中部凸塊上。
6. 如權(quán)利要求3所述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感器， 其特征在于：所述放大電路為三級(jí)放大電路，采用差模放大模式。
7. 如權(quán)利要求3所述基于徑向磁場(chǎng)的雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)在線磨粒監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)傳感器， 其特征在于：所述永磁鐵、導(dǎo)磁臂、以及檢測(cè)線圈包裹在屏蔽罩內(nèi)，使磁場(chǎng)回路完全包裹在 連續(xù)導(dǎo)電的鋁制屏蔽罩內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G01N15/00GK104502242SQ201410669119
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】王少萍, 劉浩闊, 洪葳, 石健, 王興堅(jiān) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)