CN102331389A

CN102331389A - 一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器

Info

Publication number: CN102331389A
Application number: CN201010582409A
Authority: CN
Inventors: 蒋伟平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，包括绕向相反并相互串接第一输入磁场线圈和第二输入磁场线圈及输出感应磁场线圈、交流电场驱动模块和信号处理模块，交流电场驱动模块的两个输出端分别与第一输入磁场线圈的输入端和第二输入磁场线圈的输入端连接，通过交变电场信号驱动使第一输入磁场线圈和第二输入磁场线圈产生的磁场相反，输出感应磁场线圈的两端与信号处理模块连接，特点是交流电场驱动模块的两个输出端之间设置有输入电容，输出感应磁场线圈的两端之间设置有感应电容，优点在于形成了两个LC并联电路，可以通过改变电容使电路达到谐振，使激励电场输出电压具有最大的有效值，从而提高检测信号的灵敏度。

Description

一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器

技术领域

本发明涉及一种监测流动油液金属颗粒的传感器，尤其是涉及一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器。

背景技术

机器设备良好润滑状态可降低机械磨损，有效地延长设备使用寿命，减少停机损失。但由于在实际运行过程中的不确定性和多种因素的影响，再完善的机械设计一般也难以保证设备一直处于良好的润滑和磨损状态，故在机械设备运行过程中对润滑和磨损状态进行监测是十分必要的。特别是针对航空发动机，其工作状态非常恶劣，运行负荷、转速和油温等条件非常苛刻，所以很可能在未发觉的情况下发生磨损，甚至可能导致发动机的损坏。而油液监测的目的就是利用油品分析技术对机器设备正在使用的润滑油进行综合分析，可以获得设备润滑与磨损状况的信息，并据此预测设备磨损过程的发展，及时发现故障或预防故障的发生。

早期的油液磨粒分析技术都是离线式检测，主要有铁谱分析技术、光谱分析技术、颗粒计数器等，此类离线式检测方式需要对油液进行采样，具有分析周期长，测定结果的返回具有时间滞后性等缺点已无法满足现代工业需求。近年来，金属磨粒磁塞在线检查法在航空、船舶中得到广泛的应用，但此方法采用磨粒在线收集、离线检测的形式，仍然没有摆脱离线分析的方式，且分析结果比较粗略。因此，研究和开发油液磨粒在线监测的监测技术是国内外密切关注的热点。

在目前油液磨粒在线监测技术中，具有代表性的是加拿大GASTOPS公司生产的MetalSCAN金属磨粒传感器，该传感器最初是针对F-22战机所用的F-119航空发动机而设计，目前还应用于F-35战机、欧洲联合战斗机(EJ200)、AH-64阿帕奇直升机、S61海王直升机、Pilates PC-12系列飞机、大型军舰和风力发电等多种军用或民用产品中，取得良好的监测效果。近年来，国内也曾尝试引进MetalSCAN油液磨粒传感器用于滚动轴承和齿轮状态监测，但由于MetalSCAN在西方国家主要用于军事用途而受到种种限制，至今我国未能获得军品级的相关产品或技术。

MetalSCAN金属颗粒传感器原理如图1所示，MetalSCAN油液磨粒在线监测传感器包括一个容许油液通过的通管，在通管外沿轴向设置有三个与通管同心的线圈，两端的两个线圈绕向相反并相互串接，由交流电驱动，使两者的磁场相反，能够抵消。当具有金属颗粒的油液流过通管时，设置在中间位置的第三个感应线圈测量金属颗粒对磁场扰动而产生的感应信号，将输出的感应信号交信号处理单元处理，通过程序设置使输出电压信号的振幅与铁磁颗粒大小成比例，而与非铁磁颗粒表面积成比例，非铁磁信号的相位与铁磁颗粒的相位相反。由此，按照干扰信号的幅度及类型，信号处理单元可以确定金属颗粒的种类、大小和质量。MetalSCAN传感器利用了电磁感应原理，设计巧妙，但由于线圈感应信号的强度与金属磨粒大小成正比关系，当直径较小的磨粒(＜300μm)经过线圈时，感应信号强度非常微弱，对于信号的正确提取非常不利，严重的限制了的传感器的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种当含有直径较小磨粒的油液经过时能够正确提取感应信号的高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，包括第一输入磁场线圈、第二输入磁场线圈、输出感应磁场线圈、交流电场驱动模块和信号处理模块，所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈绕向相反并相互串接，所述的交流电场驱动模块的两个输出端分别与所述的第一输入磁场线圈的输入端和所述的第二输入磁场线圈的输入端连接，通过交变电场信号驱动使所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈产生的磁场相反，所述的输出感应磁场线圈的两端与所述的信号处理模块连接，所述的交流电场驱动模块的两个输出端之间设置有输入电容，所述的输出感应磁场线圈的两端之间设置有感应电容。

所述的输入电容满足以下条件：

式中f_d为输入的交变电场信号频率，C_d为输入电容，L_d为所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈反向串联后总的电感：L_d＝L₁+L₂-2M，其中，L₁为所述的第一输入磁场线圈的电感，L₂为所述的第二输入磁场线圈的电感，M为两者之间的互感，所述的感应电容满足以下条件：

式中f_s为输出感应磁场线圈的输出频率，且f_s＝f_d，C_s为感应电容，L_s为所述的输出感应磁场线圈的电感。

所述的输入电容和所述的感应电容均为高精度电容。

所述的输入电容和所述的感应电容均为工作温度在200℃以上、最大电流1A以上的高精度电容。

与现有技术相比，本发明的优点在于在普通的油液磨粒传感器中增加了输入电容与感应电容，因此分别在传感器输入磁场线圈端与输出感应磁场线圈端形成了两个LC并联电路，当电路的频率和实际电感线圈的参数R、L一定时，改变电容总能使电路达到谐振。并联谐振电路具有输入导纳最小，即输入阻抗最大的特性。因此在输入磁场线圈端，调节输入电容值使输入处于并联谐振状态，此时仅需毫安级的交变电场输入电流即可得到安培级的谐振电流，极大的降低了对输入电源的要求，同时可令第一输入磁场线圈与第二输入磁场线圈产生最大的磁场，从而提高检测信号的灵敏度。同理，从输出感应磁场线圈输出端看，感应电容与输出感应磁场线圈构成信号输出端的并联谐振电路，当输入频率与输出感应磁场线圈电感确定时，调节电容值可以使输出处于并联谐振状态，此时，在输出端激励电流一定时，所产生的电压具有最大的有效值，直接提高了感应信号输出强度，从而进一步提高检测信号的灵敏度。而输入电容和感应电容选用工作温度在200℃以上、最大电流1A以上的高精度、高耐压、大封装电容，可以满足传感器应用于航空发动机等恶劣环境的要求。

本发明可应用于各种军用和民用领域，尤其是航空发动机故障预警领域，打破了国外在油液磨粒在线监测技术上对我国的长期限制和封锁，对于避免战机重大事故、研制新型战机、提升国防科技力量均有重要意义。

附图说明

图1为国外现有技术的MetalSCAN油液磨粒在线监测传感器的结构示意图；

图2为本发明高灵敏度油液磨粒在线监测传感器的原理图；

图3为本发明高灵敏度油液磨粒在线监测传感器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图2和图3所示，一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，包括第一输入磁场线圈L1、第二输入磁场线圈L2、输出感应磁场线圈Ls、交流电场驱动模块1和信号处理模块2，第一输入磁场线圈L1和第二输入磁场线圈L2绕向相反并相互串接，交流电场驱动模块1的两个输出端分别与第一输入磁场线圈L1的输入端和第二输入磁场线圈L2的输入端连接，通过交变电场信号驱动使第一输入磁场线圈L1和第二输入磁场线圈L2产生的磁场相反，输出感应磁场线圈Ls的两端与信号处理模块2连接，交流电场驱动模块1的两个输出端之间设置有输入电容Cd，输出感应磁场线圈Ls的两端之间设置有感应电容Cs。输入电容Cd和感应电Cs均为多层陶瓷片式高精度、大封装(1206)电容，多层陶瓷片式高精度电容的工作温度在200℃以上，最大电流1A以上，全温度范围内温漂＜±30ppm/℃。

输入电容Cd满足以下条件：

式中f_d为输入的交变电场信号频率，C_d为输入电容，L_d为第一输入磁场线圈L1和第二输入磁场线圈L2反向串联后总的电感：L_d＝L₁+L₂-2M，其中，L₁为第一输入磁场线圈L1的电感，L₂为第二输入磁场线圈L2的电感，M为两者之间的互感，感应电容Cs满足以下条件：

式中f_s为输出感应磁场线圈Ls的输出频率，且f_s＝f_d，C_s为感应电容，L_s为输出感应磁场线圈Ls的电感。

Claims

1.一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，包括第一输入磁场线圈、第二输入磁场线圈、输出感应磁场线圈、交流电场驱动模块和信号处理模块，所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈绕向相反并相互串接，所述的交流电场驱动模块的两个输出端分别与所述的第一输入磁场线圈的输入端和所述的第二输入磁场线圈的输入端连接，通过交变电场信号驱动使所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈产生的磁场相反，所述的输出感应磁场线圈的两端与所述的信号处理模块连接，其特征在于所述的交流电场驱动模块的两个输出端之间设置有输入电容，所述的输出感应磁场线圈的两端之间设置有感应电容。

2.如权利要求1所述的一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，其特征在于所述的输入电容满足以下条件：式中f_d为输入的交变电场信号频率，C_d为输入电容，L_d为所述的第一输入磁场线圈和所述的第二输入磁场线圈反向串联后总的电感：L_d＝L₁+L₂-2M，其中，L₁为所述的第一输入磁场线圈的电感，L₂为所述的第二输入磁场线圈的电感，M为两者之间的互感，所述的感应电容满足以下条件：

3.如权利要求1所述的一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，其特征在于所述的输入电容和所述的感应电容均为高精度、大封装电容。

4.如权利要求1所述的一种高灵敏度的油液磨粒在线监测传感器，其特征在于所述的输入电容和所述的感应电容均为工作温度在200℃以上、最大电流1A以上的高精度电容。