CN102323195B - 在线图像可视铁谱装置沉积参数实验设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线图像可视铁谱装置沉积参数实验设置方法，对于短沉积距离图像型在线铁谱装置，通过对配置油样进行沉积试验，获得磁势流量比-平均粒径图，沉积流量励磁磁势的相对沉积率等高线图，根据被监测油液大磨粒和小磨粒平均粒径，在沉积流量励磁磁势的相对沉积率等高线图上，选择位于相对沉积率大于50％区域的沉积流量和励磁磁势作为小磨粒沉积参数，位于相对沉积率小于50％区域的沉积流量和励磁磁势作为大磨粒沉积参数，大小磨粒沉积参数对应的相对沉积率相差20％以上。用这种实验方法确定大小磨粒沉积参数，能够在同一沉积区域内，通过调整沉积流量和励磁磁势分别沉积大磨粒和小磨粒，解决了大小磨粒沉积参数难于计算的问题。

Description

在线图像可视铁谱装置沉积参数实验设置方法

技术领域

本发明涉及设备油液在线磨损监测装置和方法，特别涉及一种短沉积距离图像型在线铁谱装置沉积参数设置方法。

背景技术

油液分析技术能够有效监测设备润滑和磨损，是一项避免故障，降低维护成本，提高设备运行可靠性的重要技术。油液分析分为理化分析和颗粒分析，其中颗粒分析可以给出磨损部件，磨损状态和磨损类型等信息，早期发现异常磨损及其原因，已成为故障诊断的一种有效方法。为了实现油液颗粒浓度，尺寸及尺寸分布，成分，形貌等参数的分析，油液颗粒分析以往都是借助大型贵重离线设备实现的，如发射光谱，颗粒计数器，分析铁谱仪，和直读铁谱仪等。离线分析无法实时获得装备运行状况信息，制约了基于油液颗粒分析的设备监测，诊断，剩余寿命预测技术的发展。

基于铁谱技术的基本原理，利用高强度和高梯度磁场从油液中将铁磁性磨粒分离出来，并使它们按照尺寸大小实现有序沉积，然后对之进行分析及研究，西安交通大学先后获得了4项有关在线铁谱装置和方法，专利号分别为90223714.4，01240347.4，200510041894，200610041773，实现了在线实时获取油液铁谱。铁谱技术监测磨粒尺寸范围较宽，能够通过观察磨粒形貌特征了解设备的磨损机理和磨损部位，并利用磨粒浓度及粒度分布判断机器的整体磨损水平，是一种进行设备全生命期状态监测和剩余寿命估计的有效方法。

西安交通大学的“短沉积距离图像型在线铁谱装置与方法”(200610041773)，通过使用不同的电磁铁励磁磁势和沉积流量，在同一采集区域内分别沉积大小磨粒，而不是在固定电磁铁励磁参数下，通过沉积区域与磁极距离的改变实现不同磁感应强度使大小磨粒分开沉积在不同的采集区域，减小了磨粒在工作气隙上方的沉积距离，只需要一个图像传感器就可以实现磨粒铁谱图像采集。但是当油液流经在线图像可视铁谱装置时，油液中的磨粒是否沉积在沉积区，受励磁磁势，沉积流量，以及沉积区几何尺寸等沉积参数的影响。理论分析表明沉积小磨粒需要大的励磁磁势和小的沉积流量，虽然此时同时沉积大磨粒，但是由于大磨粒多沉积在沉积区入口不透光的磁极部位，对于反射光谱片影响可以忽略。反之，只有大于某一粒径的磨粒可以沉积在沉积区。鉴于沉积区域的磁感应强度和梯度与励磁磁势的关系难于计算，而且磁极和沉积部件的加工误差也会对磨粒沉积产生很大的影响，使得在线图像可视铁谱装置在应用时，沉积参数无法通过计算获得，常常发生励磁磁势过大沉积流量过小，造成沉积磨粒堆叠，或者励磁磁势过小沉积流量过大，无法沉积小磨粒，以及沉积效果接近，无法分别沉积小磨粒和大磨粒等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于实验的在线图像可视铁谱装置沉积参数设置方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

首先，将在线图像可视铁谱装置允许的沉积参数范围均分为m个沉积流量水平和n个励磁磁势水平，共计m×n组沉积流量和励磁磁势沉积参数，各组沉积参数试验中保持同一取样量。利用还原铁粉配置试验油样。分别使用各组沉积参数对油样进行l次铁磁性颗粒沉积，求取平均百分覆盖面积 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{IPCA}}}_{\left[\mathrm{jk}\right]}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^l{\mathrm{IPCA}}_{\left[\mathrm{jk}\right]i}}{l}$ (j∈[1，m]，k∈[1，n]，i∈[1，l])。

其次，对于一组沉积参数，选择l次沉积中最接近于平均百分覆盖面积的铁谱图片，对该铁谱图片进行二值化，并使用垂直于铁磁性颗粒链的直线将谱片分成若干块均等区域，直线切过谱片中的铁磁性颗粒及铁磁性颗粒链，将直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割的长度累加，除以直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割次数，由此计算铁磁性颗粒的平均等效粒径。

再次，计算沉积参数的磁势流量比，以磁势流量比为横坐标，以平均等效粒径为纵坐标，得到磁势流量比-平均粒径图。根据期望平均粒径选定沉积大磨粒的磁势流量比和沉积小磨粒的磁势流量比。

之后，求取沉积试验沉积流量和励磁磁势的相对沉积率等高线图。试验中获得的最大百分覆盖面积为IPCA_max＝max{IPCA_[jk]i}(j∈[1，m]，k∈[1，n]，i∈[1，l])，则相对沉积率为

${\mathrm{Dp}}_{r\left[\mathrm{jk}\right]}=\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{IPCA}}}_{\left[\mathrm{jk}\right]}}{{\mathrm{IPCA}}_{\max }}---\left(1\right)$

计算相对沉积率，以沉积流量为横坐标，以励磁磁势为纵坐标，做出关于沉积流量和励磁磁势的相对沉积率等高线图。

最后，在相对沉积率等高线图上，将横坐标上最大沉积流量与纵坐标上最大励磁磁势用直线相连接，根据期望的平均粒径参照磁势流量比-平均粒径图选2个点，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50％的区域，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50％的区域，且2个点所处的区域相对沉积率相差20％以上。以相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50％区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为小磨粒沉积参数；以位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50％区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为大磨粒沉积参数。

本发明在同一沉积区域内，根据实验获得的在线图像可视铁谱沉积部件实际沉积特性，得到分别沉积大磨粒和小磨粒的沉积流量和励磁磁势，获得良好的大磨粒和小磨粒沉积效果，解决了因为沉积参数计算不准确或者加工误差导致沉积特性改变等因素引起无法获得有效磨粒沉积的问题。

附图说明

图1是本发明平均等效粒径计算方法示意图；

图2是本发明磁势流量比-平均粒径示意图；

图3是本发明相对沉积率等高线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

在线图像可视装置允许的最大沉积流量为10ml/min，按2ml/min递增，则沉积流量水平m＝5，最大励磁磁势为1200AN，按200AN递增，励磁磁势水平n＝6。励磁磁势和沉积流量两两组合获得30组沉积参数。每组沉积参数进行l＝5次试验。试验使用美孚速霸10w-40汽机油和800目还原铁粉(平均粒径25μm，粒径范围10～50μm)，配置得到颗粒质量浓度10ppm油样。试验前，将油样置于超声波振荡器中振荡20分钟，同时将超声波振荡器水浴温度调至45±3℃。试验时，油样置于超声波振荡器中，以减少铁磁性颗粒沉降，保持取样量为4ml不变。

参照图1所示，当励磁磁势和沉积流量分别为600AN和4ml/min时，5次试验的平均百分覆盖面积

其中，IPCA_[32]2＝648最接近平均百分覆盖面积。抽取该谱片进行二值化，并引出L₁～L₅五条直线将谱片分成四块均等区域，直线共切过62个颗粒或颗粒链，其中最大粒径为54μm，最小粒径约为7μm，铁磁性颗粒平均等效粒径为31.7μm。

参照图2所示，计算各组沉积参数的磁势流量比，以磁势流量比为横坐标，以平均等效粒径为纵坐标，得到磁势流量比-平均粒径图。图中，随着磁势流量比增大，沉积颗粒的平均等效粒径减小，即就是沉积小颗粒需要沉积参数具有较高的磁势流量比。

参照图3所示，按式(1)计算沉积试验相对沉积率Dp_r，得到图3。将图3中横坐标上最大沉积流量与纵坐标上最大励磁磁势用直线相连接，在这个直线上随着流量增大，励磁磁势流量比逐渐减小。直线上不同位置的点对应不同的沉积流量和励磁磁势，其沉积磨粒的平均等效粒径也随之改变。直线上A点和B点分别位于相对沉积率大于50％的区域和相对沉积率小于50％的区域，且A点和B点相对沉积率相差58.1％。A点具有较大的励磁磁势比，B点具有较小的励磁磁势比。

根据图2和图3，选择A点相对应的励磁磁势900AN和沉积流量4ml/min为小磨粒沉积参数，对应的平均等效粒径约为25μm；选择B点相对应的励磁磁势400AN和沉积流量8ml/min为大磨粒沉积参数，对应的平均等效粒径约为50μm。

首先，将在线图像可视铁谱装置允许的最大沉积流量和最大励磁磁势均匀分为m个沉积流量水平和n个励磁磁势水平，共计m×n组沉积流量和励磁磁势沉积参数，试验中各组沉积参数保持同一取样量。使用还原铁粉配置试验油样。对每一组沉积参数进行l次沉积，每一次沉积的百分覆盖面积为

其中A_p，A_gram分别为沉积颗粒覆盖面积和谱片面积。每一组沉积参数的平均百分覆盖面积为

(j∈[1，m]，k∈[1，n]，i∈[1，l])。

其次，抽取每一组沉积参数沉积试验中最接近于平均百分覆盖面积

的铁谱图片，对该铁谱图片进行二值化，并使用垂直于铁磁性颗粒链的直线将谱片分成若干块均等区域，直线切过谱片中的铁磁性颗粒及铁磁性颗粒链，将直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割的长度累加，除以直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割次数，求得平均等效粒径。

再次，计算各组沉积参数的磁势流量比，以磁势流量比为横坐标，以平均等效粒径为纵坐标，得到磁势流量比-平均粒径图。根据期望平均粒径选定沉积大磨粒的磁势流量比和沉积小磨粒的磁势流量比。

之后，按式(1)计算相对沉积率，以沉积流量为横坐标，以励磁磁势为纵坐标，求取关于沉积流量和励磁磁势的相对沉积率等高线图。

最后，在相对沉积率等高线图上，将横坐标上最大沉积流量与纵坐标上最大励磁磁势用直线相连接。在这个直线上，参照磁势流量比-平均粒径图根据期望的平均粒径选2个点，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50％的区域，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50％的区域，且2个点所处的区域相对沉积率相差20％以上。以位于相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50％的区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为小磨粒沉积参数；以位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50％的区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为大磨粒沉积参数。

Claims (2)

1.在线图像可视铁谱装置沉积参数实验设置方法，其特征在于，

首先，将在线图像可视铁谱装置允许的沉积参数范围均分为m个沉积流量水平和n个励磁磁势水平，共计m×n组沉积流量和励磁磁势沉积参数，利用还原铁粉配置试验油样，分别使用各组沉积参数对油样进行l次铁磁性颗粒沉积，求取平均百分覆盖面积(j∈[1,m],k∈[1,n],i∈[1,l])；

其次，对于一组沉积参数，选择l次沉积中最接近于平均百分覆盖面积的铁谱图片，对该铁谱图片进行二值化，并使用垂直于铁磁性颗粒链的直线将谱片分成若干块均等区域，直线切过谱片中的铁磁性颗粒及铁磁性颗粒链，将直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割的长度累加，除以直线与铁磁性颗粒或铁磁性颗粒链相切割次数，由此计算铁磁性颗粒的平均等效粒径；

再次，计算沉积参数的磁势流量比，以磁势流量比为横坐标，以平均等效粒径为纵坐标，得到磁势流量比-平均粒径图，根据期望平均粒径选定沉积大磨粒的磁势流量比和沉积小磨粒的磁势流量比；

之后，求取沉积试验沉积流量和励磁磁势的相对沉积率等高线图，试验中获得的最大百分覆盖面积为IPCA_max=max{IPCA_[jk]i}(j∈[1,m],k∈[1,n],i∈[1,l])，则相对沉积率为

${\mathrm{Dp}}_{r\left[\mathrm{jk}\right]}=\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{IPCA}}}_{\left[\mathrm{jk}\right]}}{{\mathrm{IPCA}}_{\max }}---\left(1\right)$

计算相对沉积率，以沉积流量为横坐标，以励磁磁势为纵坐标，做出关于沉积流量和励磁磁势的相对沉积率等高线图；

最后，在相对沉积率等高线图上，将横坐标上最大沉积流量与纵坐标上最大励磁磁势用直线相连接，根据期望的平均粒径参照磁势流量比-平均粒径图选2个点，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50%的区域，一个点位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50%的区域，且2个点所处的区域相对沉积率相差20%以上，以相对沉积率等高线图中相对沉积率大于50%区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为小磨粒沉积参数；以位于相对沉积率等高线图中相对沉积率小于50%区域的点为中心，允许励磁磁势上下调整100AN，沉积流量上下调整1ml/min，作为大磨粒沉积参数。

2.根据权利要求1所述的在线图像可视铁谱装置沉积参数实验设置方法，其特征在于，各组沉积参数试验中保持同一取样量。

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