CN105241949A - 滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测技术领域，涉及一种滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法。本发明的电路包含:激励电路、逻辑时序调整与控制电路、放大解调电路、模数转换电路、数字信号处理电路、通讯电路以及电源电路。整个电路结构巧妙合理，对载波信号具有精确的放大功能，从而可实现较小金属屑末的体积识别功能。本发明利用时序控制器结合开关器件的方法形成特有的载波信号解调方法，可以准确的分离、识别出铁磁和非铁磁类的金属屑末信号，从而从体积、计数和种类方面实现了滑油金属屑末较为全面的检测，进而可以精确地得到滑油系统设备运行的信息，分析和预测设备的故障，并进一步确定故障的原因、类型和部位，具有较好的通用性。

Description

滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法。

背景技术

滑油金属屑末检测技术是通过分析被监测运行设备的润滑油中金属屑末状况，从而得到设备运行的信息，来分析和预测设备的故障，以确定故障的原因、类型和部位。

针对磨损金属屑末具有铁磁性的特点开发的磁电型滑油金属屑末在线监测传感器是比较成功的一种。它是利用油液流经传感器具有磁场的待检区域时金属屑末所产生的扰动，使检测区与屑末数量相关的磁力线或磁通量发生改变，并进行标定而检测出屑末数量的原理进行工作的。

针对此类传感器探头，需要配有专门的信号放大解调电路，并实现其在线监测功能。目前的信号采集电路方案，只针对单一载波信号检测其不同相位，而不予进行区分，从而导致两类信号重叠时相互影响，识别不准确。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于电磁原理的滑油金属屑末在线监测器的检测功能的滑油金属屑末在线监测器的检测电路及载波信号解调方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

检测电路包括激励电路、放大解调电路、模数转换电路及数字信号处理电路及通讯电路，激励电路由时序控制器U2、三组三极管T1、T2和T3、场效应管T4以及电阻和电容组成，激励电路产生的激励电压激励滑油金属屑末检测装置的检测端的励磁线圈并产生激励磁场，使检测端的感应线圈产生载波信号，感应线圈产生的载波信号进入放大解调电路中的初步放大电路，得到载有两种不同相位和幅值的初步放大信号，初步放大电路由四组放大器N1、N2、N3和N4以及用于配置放大倍数和滤波的电阻和电容组成；载有两种不同相位和幅值的载波信号通过放大解调电路进行解调分离，放大解调电路由时序控制器U2、开关器件U5以及电阻和电容组成；解调分离出的两路不同相位和幅值的信号分别由放大解调电路中的二级放大电路进行放大处理，以得到特定幅值的特征信号，二级放大电路由四组放大器N5、N6、N7和N8以及用于配置放大倍数和滤波的电阻和电容组成，经分离并放大的两路不同相位和幅值的信号通过模数转换电路得到对应的数字信号，模数转换电路由模数装换器U3以及用于滤波的电阻和电容组成，两路数字信号通过数字信号处理电路进行特征提取和计算并经过通讯电路将分析结果上传至上位机，数字信号处理电路及通讯电路由具有浮点计算功能的高速处理器U1、串行通讯控制器U4以及电阻和电容组成，电路所有器件的正常工作需要稳定的电源电路来做支撑，电源电路由正负激励电源、数转换器件参考电源以及供电电源组成，激励电源的正极+Vin与励磁线圈以及放大解调电路的放大器N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8的正端连接，激励电源的负极-Vin的与激励电路三极管T1和T3、场效应管T4以及放大解调电路的放大器N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8的负端连接，数转换器件参考电源Vref接在模数转换器件的参考端和放大解调电路的信号输出端，供电电源则分别接于各类数字器件U1、U2、U3、U4和U5上。

所述的激励电路、模数转换电路中配置的电阻和电容的精度为1％，大解调电路中配置的电阻和电容的精度为0.1％。检测电路的正负激励电源、数转换器件参考电源做物理隔离处理。

滑油金属屑末在线监测器电路进行载波信号解调的方法，对电路中时序控制器U2进行程序设定，使时序控制器U2其中一个激励引脚产生固定频率H和固定脉宽T的方波，两路控制引脚产生两路相同频率H、不同脉宽T_1、T₂的方波；控制器U2激励引脚产生的方波经过三极管T1、T2和T3的处理，实现场效应管T4的导通与关断，场效应管T4输出的类似方波信号作用于滑油金属屑末检测装置内的谐振电路，产生固定频率的正弦波交流激励信号，激励信号输入至滑油金属屑末检测装置励磁线圈中产生固定磁场，固定磁场作用于滑油金属屑末检测装置内部的感应线圈，经放大解调电路的初步放大电路输出载有两种不同相位和幅值的初步放大信号，初步放大信号输入至放大解调电路的开关器件U5的输入端，同时控制器U2的两路控制引脚输出的相同频率H、不同脉宽T_1、T₂的方波，输入至开关器件U5的两路控制端，控制开关器件U5两路通道的打开和关断，开关器件U5截取了载波信号的两组特定相位上的正弦半波，经过两路输出端，通过放大器N5和N6对两路半波进行去除载波信号载体的操作，得到两种不同相位和幅值的实际信号，输入至放大解调电路的二级放大电路，两路实际信号经过放大器N7和N8的放大处理，做进一步放大，至此解调结束，最终获得两路不同特征的信号，输入至模数转换器件U3。

本发明在滑油金属屑末在线实时监测方面主要优点如下：本发明的电路包含:激励电路、逻辑时序调整与控制电路、放大解调电路、模数转换电路、数字信号处理电路、通讯电路以及电源电路。整个电路结构巧妙合理，对载波信号具有精确的放大功能，从而可实现较小金属屑末的体积识别功能，区别于传统的单一载波信号检测不同相位，而不予进行区分的方法，本发明利用时序控制器结合开关器件的方法形成特有的载波信号解调方法，可以准确的分离、识别出铁磁和非铁磁类的金属屑末信号，从而从体积、计数和种类方面实现了滑油金属屑末较为全面的检测，进而可以精确地得到滑油系统设备运行的信息，分析和预测设备的故障，并进一步确定故障的原因、类型和部位，为使用方节省了传统方法检测手段及频繁更换设备的开销，同时本电路对同原理检测探头配套灵活，具有较好的通用性。本发明用以检测滑油系统的金属屑末尺寸和种类，对基于电磁感应原理的线圈探头进行交流激励，并同时对探头所产生的不同相位的载波弱信号进行放大、解调和特征提取，进而实现对金属屑末的大小、铁磁性或非铁磁性的检测。本发明交流激励精确，载波信号解调方法独特高效，对电磁弱信号检测灵敏，各组成部分功能稳定，电路结构完整巧妙，对滑油金属屑末识别效果极佳，可应用于各类基于电磁原理的滑油金属屑末在线监测器。本发明可应用于飞机发动机滑油系统，工业系统的发动机、压缩机、鼓风机、泵站等大型设备的油液系统，核电站、风力发电系统的齿轮箱等大型设备的油液系统等的金属屑末在线实时监测。

附图说明

图1为滑油屑末监测器整体功能框图；

图2为整体电路原理图；

图3为激励电路原理图；

图4为初级放大电路原理图；

图5为信号解调放大电路原理图。

具体实施方式：

以下结合具体实施案例进一步阐述本发明

参见图2，检测装置中包含励磁线圈与感应线圈，电路中时序控制器U2进行程序设定后，时序控制器U2其中一路激励引脚产生固定频率H和固定脉宽T的方波，两路控制引脚产生两路相同频率H、不同脉宽T_1、T₂的方波；控制器U2激励引脚产生的方波输入激励电路，具体参见图3，方波经过三极管T1、T2和T3的处理，实现场效应管T4的导通与关断，场效应管T4输出的类似方波信号作用于滑油金属屑末检测装置内的谐振电路，产生固定频率的正弦波交流激励信号P3S、P4S，使得励磁线圈中产生大小相同、方向相反的磁场，此时感应线圈处于平衡状态，产生固定频率H的正弦载体信号。当包含铁磁性金属屑末的油液流过时，会在滑油金属屑末检测装置内感应线圈上产生感应弱电差分信号P1S、P2S，具体参见图4，P1S、P2S信号通过放大器N1、N2的差分处理，合成为载波信号，经过放大器N3、N4的连续放大处理之后形成初步放大载波信号DEMOD_S，DEMOD_S载有铁磁性金属屑末的特征信号。载波信号DEMOD_S输入至放大解调电路的开关器件U5的输入端，具体参见图5，控制器U2的两路控制引脚输出的相同频率H、不同脉宽T_1、T₂的方波，输入至开关器件U5的两路控制端，控制开关器件U5两路通道的打开和关断，开关器件U5截取了载波信号的两组特定相位上的正弦半波信号DEMOD_IN1和DEMOD_IN2，DEMOD_IN1和DEMOD_IN2通过放大器N5和N6的去除载波信号载体的操作，得到两种不同相位和幅值的铁磁和非铁磁解调信号，两路实际信号经过放大器N7和N8的放大处理，做进一步放大，得到两路信号AIN_1和AIN_2，两路信号都具有波形变化，铁磁金属屑末信号AIN_1更为明显，AIN_1输入至模数转换器U3中。由模数转换器U3转换得到的铁磁性金属屑末的数字信号传送至高速处理器U1中，经过运算处理之后，经分析结果通过串行通讯协议上传至上位机。同理，当检测探头感应线圈中随油液流过非铁磁性金属屑末时，由上述流程可知，被解调输出的两路解调信号AIN_1和AIN_2中非铁磁金属屑末信号AIN_2更为明显，AIN_2输入至模数转换器U3中，模数转换器U3转换得到的非铁磁性金属屑末的数字信号传送至高速处理器U1中，经过运算处理之后，经分析结果通过串行通讯协议上传至上位机。

以上显示和描述了本发明应用于滑油金属屑末检测的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利。

Claims (4)

1.一种滑油金属屑末在线监测器的检测电路，其特征在于：检测电路包括激励电路、放大解调电路、模数转换电路以及数字信号处理电路及通讯电路，激励电路由时序控制器(U2)、三组三极管(T1、T2和T3)、场效应管(T4)以及电阻和电容组成，激励电路产生的激励电压激励滑油金属屑末检测装置的检测端的励磁线圈并产生激励磁场，使检测端的感应线圈产生载波信号，感应线圈产生的载波信号进入放大解调电路中的初步放大电路，得到载有两种不同相位和幅值的初步放大信号，初步放大电路由四组放大器(N1、N2、N3和N4)以及用于配置放大倍数和滤波的电阻和电容组成；载有两种不同相位和幅值的载波信号通过放大解调电路的解调电路进行解调分离，解调电路由时序控制器(U2)、开关器件(U5)以及电阻和电容组成；解调分离出的两路不同相位和幅值的信号分别由放大解调电路中的二级放大电路进行放大处理，以得到特定幅值的特征信号，二级放大电路由四组放大器(N5、N6、N7和N8)以及用于配置放大倍数和滤波的电阻和电容组成，经分离并放大的两路不同相位和幅值的信号通过模数转换电路得到对应的数字信号，模数转换电路由模数装换器(U3)以及用于滤波的电阻和电容组成，两路数字信号通过数字信号处理电路进行特征提取和计算并经过通讯电路将分析结果上传至上位机，数字信号处理电路及通讯电路由具有浮点计算功能的高速处理器(U1)、串行通讯控制器(U4)以及电阻和电容组成，电路所有器件的正常工作需要稳定的电源电路来做支撑，电源电路由正负激励电源、数转换器件参考电源以及供电电源组成，激励电源的正极+Vin与励磁线圈以及放大解调电路的放大器(N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8)的正端连接，激励电源的负极-Vin的与激励电路三极管(T1和T3)、场效应管(T4)以及放大解调电路的放大器(N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8)的负端连接，数转换器件参考电源Vref接在模数转换器件的参考端和放大解调电路的信号输出端，供电电源则分别接于各类数字器件(U1、U2、U3、U4和U5)上。

2.根据权利要求1所述的一种滑油金属屑末在线监测器的电路，其特征在于，所述的激励电路、模数转换电路中配置的电阻和电容的精度为1％，放大解调电路中配置的电阻和电容的精度为0.1％。

3.根据权利要求1所述的一种滑油金属屑末在线监测器的电路，其特征在于，检测电路的正负激励电源、数转换器件参考电源做物理隔离处理。

4.一种对权利要求1所述的滑油金属屑末在线监测器电路进行载波信号解调的方法，其特征在于，对电路中时序控制器(U2)进行程序设定，使时序控制器(U2)其中一路激励引脚产生固定频率H和固定脉宽T的方波，两路控制引脚产生两路相同频率H、不同脉宽T₁、T₂的方波；控制器(U2)激励引脚产生的方波经过三极管(T1、T2和T3)的处理，实现场效应管(T4)的导通与关断，场效应管(T4)输出的类似方波信号作用于滑油金属屑末检测装置内的谐振电路，产生固定频率的正弦波交流激励信号，激励信号输入至滑油金属屑末检测装置励磁线圈中产生固定磁场，固定磁场作用于滑油金属屑末检测装置内部的感应线圈，经放大解调电路的初步放大电路输出载有两种不同相位和幅值的初步放大信号，初步放大信号输入至放大解调电路的开关器件(U5)的输入端，同时控制器(U2)的两路控制引脚输出的相同频率H、不同脉宽T₁、T₂的方波，输入至开关器件(U5)的两路控制端，控制开关器件(U5)两路通道的打开和关断，开关器件(U5)截取了载波信号的两组特定相位上的正弦半波，经过两路输出端，通过放大器(N5和N6)对两路半波进行去除载波信号载体的操作，得到两种不同相位和幅值的实际信号，输入至放大解调电路的二级放大电路，两路实际信号经过放大器(N7和N8)的放大处理，做进一步放大，至此解调结束，最终获得两路不同特征的信号，输入至模数转换器件(U3)。