CN105043939A - 获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置和方法，其装置包括控制器、线圈、吸附部件、电流驱动器及磁场检测器，线圈通电后在吸附部件上形成磁场回路；磁场检测器设置在吸附部件的磁场中，用于检测吸附部件的磁场强弱信号，并与控制器电连接，将所检测的磁场强弱信号传输给控制器；控制器根据磁场强弱信号控制电流驱动器的驱动电压，电流驱动器在控制器的控制下改变线圈中的电流大小及方向，实现磁场的充磁和消磁。本发明通过对吸附部件进行充磁和消磁，保证通过流道的磁性磨粒在获取磨粒图像时聚集，在获取磨粒图像后被释放回流道中，磨粒吸附及释放过程的周期短，不影响被监测机械设备的运作和整个磨粒监测的过程。

Description

获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置和方法

技术领域

本发明涉及在监测流体中的磁性磨粒时，获取磨粒图像信息所需要的磨粒吸附及释放装置和方法。

背景技术

目前，监测流体磁性磨粒的技术原理主要是利用电感励磁方式产生磁力，以吸附流体中的磁性磨粒，再进行磨粒成像处理，监测磨粒的尺寸大小、浓度、形状、颜色、纹理等物理特性，从而反映出流体所处的环境，例如油液中的金属磨粒、空气中的金属粉尘和水中的金属磨粒等；由此可以判断流体(如油液)所流经的机械部件的磨损情况、空气质量、水的磁性磨粒含量等。

在现有的磨粒监测技术里，监测过程中会出现磨粒堆积的现象，且观察磨粒成像时需要停油，成像器件的调焦也不方便，难以分辨磨粒的颜色及细微磨粒的纹理。整个监测过程还过多依赖于工作人员的经验，检测装置的操作复杂且检测周期长。

在磨粒监测技术中，磨粒图像的获取依赖于磨粒的吸附过程，若能让磨粒聚集在同一平面上，又能及时清除该聚集平面上的磨粒，以保证监测过程的流畅，则需要对吸附磁性磨粒的部件进行充磁和消磁；可见，磨粒监测技术领域急迫地需要对磨粒吸附及释放的技术，从而在观察磨粒图像时吸附磨粒，而观察完毕时释放磨粒以免过多的磨粒沉积在聚集平面上，保证清晰磨粒图像的获取以及监测过程的稳定性、准确性。

发明内容

本发明为解决现有技术所存在的技术问题，提出获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置和方法，通过对吸附磨粒的部件进行充磁和消磁，保证通过流道的磁性磨粒在获取磨粒图像时聚集，在获取磨粒图像后被释放回流道中，本发明磨粒吸附及释放过程的周期短，不影响被监测机械设备的运作和整个磨粒监测的过程。

本发明装置采用如下技术方案实现：获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置，包括控制器、线圈、吸附部件、电流驱动器及磁场检测器，控制器、电流驱动器及线圈依次电连接，线圈通电后在吸附部件上形成磁场回路；磁场检测器设置在吸附部件的磁场中，用于检测吸附部件的磁场强弱信号，并与控制器电连接，将所检测的磁场强弱信号传输给控制器；控制器根据磁场强弱信号控制电流驱动器的驱动电压，电流驱动器在控制器的控制下改变线圈中的电流大小及方向，实现磁场的充磁和消磁。

所述磁场检测器为霍尔传感器。

所述线圈中的电流为直流电。

本发明方法采用如下技术方案实现：获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放方法，基于上述磨粒吸附及释放装置，包括以下步骤：

S1、线圈通电，磁场渐渐变强，在线圈充磁吸附的作用下，磁性颗粒被磁化，吸附部件开始吸附磨粒，通过磨粒成像获取磨粒信息；

S2、获取磨粒信息后，电流驱动器输出的磁场驱动电压降为0V，磁力逐渐减弱，磁场检测器检测磁场强弱情况；

S3、当磁场检测器检测到磁力减弱到第一阈值时，控制器发出控制信号，使电流驱动器向线圈输出反向驱动电流；反向驱动电流作用一段时间后，磁场检测器检测到磁力减弱到第二阈值时，控制器发出控制信号，使电流驱动器向线圈输出正反交替的渐变驱动电流，如此反复，直至磁场检测器检测到磁力减弱到第三阈值时，消磁结束；

其中，第一阈值磁力为驱动电压为0V时的磁力大小，第二阈值磁力为第一阈值磁力大小的四分之三，第三阈值磁力为油液能够将被吸附的磁性磨粒带走的磁力大小；正负交替的渐变驱动电流为电流的方向、大小均渐变的电流信号。

本发明主要是通过对吸附磨粒的部件进行充磁和消磁，来实现磨粒的吸附及释放。与现有技术相比，本发明的优点与有益效果如下：

1、采用电流驱动器向感应线圈输出方向及大小均发生变化的直流电，来改变感应线圈所产生的磁场；这一直流充磁消磁技术手段，硬件结构简单，成本低廉，避免了增加电源的需要，可以将使用本发明技术的装置结构变得更加轻便、紧凑。

2、直流充磁消磁的速度快，“磨粒吸附—采集图像信息—释放磨粒”的周期短，不影响监测过程的流畅性，也不影响监测油液设备的正常运转。

3、被吸附的磁性颗粒处于不断运动的流体中，可避免磁性磨粒的扎堆沉积，得到较为纯净的磨粒，有利于保证所获取的磨粒图像信息的准确性。通过控制磁力的大小，可获得不同尺寸大小的磁性磨粒。

附图说明

图1是本发明装置的硬件结构框图；

图2是电流驱动器作用下，电流大小和方向的变化情况图；

图3是充磁消磁过程中存在的磁滞回线示意图；

图4是采用本发明技术的吸附模块结构示意图；

其中，1是线圈、2是吸附部件、3是电流驱动器、4是控制器、5是霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明磨粒吸附及释放装置包括控制器4、线圈1、吸附部件2、电流驱动器3及霍尔传感器5，控制器4、电流驱动器3及线圈1依次电连接，吸附部件2以铁芯架为主，线圈1缠绕在铁芯架上；如图4所示，线圈1为双线圈结构，即采用两个线圈，通电后在吸附部件2上形成一个磁场回路。霍尔传感器5设置在吸附部件2的磁场中，用于检测吸附部件2的磁场强弱情况，并与控制器4电连接，将所检测的磁场强弱信号传输给控制器4。控制器4主要由嵌入式芯片构成，电流驱动器主要由H桥驱动电路组成，电流驱动器在控制器的控制下改变线圈中的电流大小及方向，实现磁场的充磁和消磁。

在充磁和消磁过程中，由于磁滞现象，需要根据具体的监测方案来改变线圈输入电流的大小。本发明使用霍尔传感器向控制器反馈吸附部件的磁感应强度。通过控制器输出PWM信号改变电流驱动器的驱动电压，实现0到20V可调的输出电压，从而改变线圈的电流，调节吸附部件的磁感应强度。在控制器控制下，电流驱动器使得直流电的方向不断变化、电流值不断降低，磁感应强度也不断变小，这一消磁技术可以在消磁过程中，将磁感应强度B降低到原磁感应强度B₀的10％，最终将吸附的磨粒释放，完成一次磨粒信息获取。

本发明通过电流驱动器控制线圈1电流变化，电流变化如图2所示。对磨粒吸附及释放的过程如下：

线圈1通电，磁场渐渐变强，在线圈1充磁吸附的作用下，磁性颗粒被磁化，吸附部件2开始吸附磨粒，磨粒可以均匀地集聚在同一平面以便于磨粒成像，通过磨粒成像获取磨粒信息。磨粒成像完毕，获取磨粒信息后，电流驱动器3输出的磁场驱动电压降为0V，磁力逐渐减弱，霍尔传感器5检测磁场强弱情况。当霍尔传感器5检测到磁力减弱到第一阈值时，控制器4发出控制信号，使电流驱动器3向线圈1输出反向驱动电流，磁场南北极也同时实现反向；反向电流作用一段时间后，霍尔传感器5检测到磁力减弱到第二阈值时，控制器4发出控制信号，使电流驱动器3向线圈1输出正反交替的渐变驱动电流，如此反复，直至霍尔传感器5检测到磁力减弱到第三阈值时，停止工作，消磁结束，磨粒被重新释放回油液中，控制器等待下一轮监测周期的信号。其中，第一阈值磁力为驱动电压为0V时的磁力大小，第二阈值磁力为第一阈值磁力大小的四分之三，第三阈值磁力为油液在慢速(如20ml/min的流速)流动过程中也能够将被吸附的磁性磨粒带走的磁力大小；正负交替的渐变驱动电流为电流的方向、大小均渐变的直流电流信号；每段直流电流持续的时间不一定是相等的，而是可以渐变的。

在充磁消磁过程中，磁化强度M、磁感应强度B、磁场强度H的关系如图3所示，图2的电流变化与图3的磁场变化相对应。当磁状态沿起始磁化曲线0ABC磁化到C点附近时，此时磁化强度趋于饱和，曲线几乎与H轴平行。将此时磁场强度记为Hs，磁化强度记为Ms。此后若减小磁场，则从某一磁场(B点)开始，M随H的变化偏离原先的起始磁化曲线，M的变化落后于H。当H减小至零时，M不减小到零，而等于剩余磁化强度Mr。为使M减至零，需加一反向磁场-H，称为矫顽力。反向磁场继续增大到-Hs时，强磁体的M将沿反方向磁化到趋于饱和-Ms，反向磁场减小并再反向时，按相似的规律得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线。于是当磁场从Hs变为-Hs,再从-Hs变到Hs时，强磁体的磁状态将由闭合回线CBDEFEGBC描述，其中BC及EF两段相应于可逆磁化，M为H的单值函数，而BDEGB为磁滞回线。在磁滞回线上，同一磁场强度H可有两个磁化强度M值，决定于磁状态的历史，这是由于不可逆磁化过程所致。若在小于Hs的磁场强度±Hm间反复磁化时，则得到较小的磁滞回线。

上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放装置，其特征在于，包括控制器、线圈、吸附部件、电流驱动器及磁场检测器，控制器、电流驱动器及线圈依次电连接，线圈通电后在吸附部件上形成磁场回路；磁场检测器设置在吸附部件的磁场中，用于检测吸附部件的磁场强弱信号，并与控制器电连接，将所检测的磁场强弱信号传输给控制器；控制器根据磁场强弱信号控制电流驱动器的驱动电压，电流驱动器在控制器的控制下改变线圈中的电流大小及方向，实现磁场的充磁和消磁。

2.根据权利要求1所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述吸附部件包括铁芯架，所述线圈缠绕在铁芯架上。

3.根据权利要求1或2所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述线圈为双线圈结构。

4.根据权利要求1所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述磁场检测器为霍尔传感器。

5.根据权利要求1所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述控制器采用嵌入式芯片。

6.根据权利要求1所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述电流驱动器采用H桥驱动电路。

7.根据权利要求1所述的磨粒吸附及释放装置，其特征在于，所述线圈中的电流为直流电。

8.基于权利要求1所述装置的获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、线圈通电，磁场渐渐变强，在线圈充磁吸附的作用下，磁性颗粒被磁化，吸附部件开始吸附磨粒，通过磨粒成像获取磨粒信息；

S2、获取磨粒信息后，电流驱动器输出的磁场驱动电压降为0V，磁力逐渐减弱，磁场检测器检测磁场强弱情况；

S3、当磁场检测器检测到磁力减弱到第一阈值时，控制器发出控制信号，使电流驱动器向线圈输出反向驱动电流；反向驱动电流作用一段时间后，磁场检测器检测到磁力减弱到第二阈值时，控制器发出控制信号，使电流驱动器向线圈输出正反交替的渐变驱动电流，如此反复，直至磁场检测器检测到磁力减弱到第三阈值时，消磁结束；

其中，第一阈值磁力为驱动电压为0V时的磁力大小，第二阈值磁力为第一阈值磁力大小的四分之三，第三阈值磁力为油液能够将被吸附的磁性磨粒带走的磁力大小；正负交替的渐变驱动电流为电流的方向、大小均渐变的电流信号。

9.根据权利要求8所述的获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放方法，其特征在于，所述第三阈值磁力为油液在20ml/min流速的流动过程中能够将被吸附的磁性磨粒带走的磁力大小。

10.根据权利要求8所述的获取磨粒图像信息时磨粒吸附及释放方法，其特征在于，所述正负交替的渐变驱动电流为直流电。