CN105300863A - 液体油中的铁磁磨粒的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种液体油中的铁磁磨粒的检测装置和检测方法，所述装置包括检测单元和处理器单元；检测单元包括：石英晶体传感器设在壳体内以将壳体分隔为检测腔和盛油腔；磁体设在检测腔内；主控板设在检测腔内且与处理器单元相连，主控板用于检测石英晶体传感器的石英晶片的振动信号，处理器单元根据振动信号与待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的对应关系得到待检测油中的铁磁磨粒的含量。根据本发明实施例的检测装置，磁体将待检测油中的铁磁磨粒吸引到石英晶体传感器的第一电极的上表面上，并与这些铁磁磨粒依靠磁力互相吸引以改变石英晶片的振动，通过石英晶片的振动变化量与铁磁颗粒含量之间的关联曲线，以最终得到待检测油的铁磁磨粒含量。

Description

液体油中的铁磁磨粒的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体地，涉及一种液体油中的铁磁磨粒的检测装置和检测方法。

背景技术

绝大部分的机械部件是以铁质材料为基础制成。在实际机械运行中，由于摩擦与磨损的发生，运动表面材料通常会以磨损颗粒的形式脱落，并融入润滑油中。机械磨损过程一般分为三个阶段，即磨合磨损、稳定磨损和剧烈磨损。机械正常工作通常发生稳定磨损，其磨损量较小。当材料的磨损速率突然增加，特别是润滑油中大粒径铁磁磨粒出现时，往往预示剧烈磨损的发生。如若不及时修理，将会引起故障的发生。检测润滑油中铁磁磨粒含量可及时得知机械的磨损状况，与其他的诊断方法如振动法、性能参数法等相比，能够更加明确地、早期地预报机械的异常状态，避免事故发生。

相关技术中，油液监测技术研究集中在光谱分析技术、铁谱分析技术、颗粒计数等方法上，手段单一，且检测方式都属于离线式检测。离线式检测首先需要设备停机，然后对油液采样制成样本，最后通过光谱或铁谱分析技术分析油液中的铁磁磨粒含量。以采用铁谱分析技术进行分析为例，需要对使用中的润滑油进行定期采样，借助磁力将油液中的铁磁磨粒分离出来制成铁谱片，通过显微镜来观测分析油液中的铁磁颗粒分布情况。离线检测方式虽然可以得到较高的检测精度，但过程繁琐，分析周期过长。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种检测过程简便、检测精度高的液体油中的铁磁磨粒的检测装置。

本发明的另一目的在于提出一种液体油中的铁磁磨粒的检测方法。

根据本发明实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，所述装置包括用于对待检测油中铁磁磨粒的含量进行检测的检测单元、用于接收并处理所述检测单元输出的检测信号的处理器单元；其中，所述检测单元包括：壳体和石英晶体传感器，所述石英晶体传感器设在所述壳体内以将所述壳体分隔为检测腔和具有敞口的盛油腔，所述石英晶体传感器的第一电极与所述盛油腔连通，所述石英晶体传感器的第二电极与所述检测腔连通；磁体，所述磁体设在所述检测腔内，用于将所述待检测油中的铁磁磨粒吸引到所述第一电极的上表面上，以改变所述石英晶体传感器的的石英晶片的振动；主控板，所述主控板设在所述检测腔内且与所述处理器单元相连，所述主控板用于检测所述石英晶片的振动信号，所述处理器单元根据所述振动信号与所述待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的对应关系得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

根据本发明的一个示例，所述磁体为人造永磁铁、天然磁石或电磁铁。

根据本发明的一个示例，所述主控板为模拟电路主控板或数字电路主控板。

根据本发明的一个示例，所述主控板通过设在所述壳体上的信号输出端口与所述处理器单元相连。

根据本发明的一个示例，所述振动信号包括所述石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种。

根据本发明的一个示例，所述处理器单元为CPU、FPGA、DSP、ARM或ASIC。

根据本发明的一个示例，所述磁体在所述检测腔内位于所述第一电极的正下方。

根据本发明实施例的采用上述任一项所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置对液体油中的铁磁磨粒进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：将预定量的待检测油滴加到所述第一电极的上表面上，以使所述磁体将所述待检测油中的铁磁磨粒吸引到所述第一电极的上表面上；步骤2：所述主控板检测所述石英晶片的振动信号，并将所述振动信号传输给所述处理器单元；步骤3：所述处理器单元根据所述振动信号与所述待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的对应关系得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

根据本发明的一个示例，当所述石英晶片的振动信号不足以反映所述待检测油中的铁磁磨粒的含量时，多次重复步骤1，直至通过所述石英晶片的振动信号能够得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

根据本发明的一个示例，所述方法还包括在步骤1前，将所述待检测油进行震荡以使铁磁磨粒均匀悬浮于所述待检测油中的步骤。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：磁体将待检测油中的铁磁磨粒吸引到石英晶体传感器的第一电极的上表面上，磁体在将铁磁磨粒从待检测油中分离的同时，磁体与这些铁磁磨粒互相吸引以改变石英晶体传感器的石英晶片的振动，使石英晶片的振动发生改变(即石英晶片的振动频率、振幅、相位中的至少一个参数发生改变)，根据石英晶片的振动变化与铁磁磨粒含量之间的对应关系最终得到待检测油的铁磁磨粒含量。通过本发明提供的检测装置，可以对更换润滑油或对机械部件的维修/更换的时机提出科学有效的建议，降低了设备故障发生。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置的示意图；

图2是根据本发明另一实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细说明根据本发明实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，所述装置包括用于对待检测油中铁磁磨粒300的含量进行检测的检测单元100、用于接收并处理检测单元100输出的检测信号的处理器单元200。液体油可以是润滑油、液压油等。

其中，检测单元100包括：壳体110，石英晶体传感器120，磁体130，主控板140。

具体地说，石英晶体传感器120设在壳体110内以将壳体110分隔为检测腔112和具有敞口的盛油腔111。石英晶体传感器110的第一电极1202与盛油腔111连通，石英晶体传感器120的第二电极1203与检测腔112连通。

这里需要说明的是，石英晶体传感器的基本构造是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT-CUT)得到石英晶体振荡片。在石英晶体的两个对应面上分别设置电极，石英晶体夹在两个电极中间形成三明治结构。石英晶体传感器是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级。这对于本领域技术人员来说，是可以理解的。

磁体130设在检测腔112内，用于将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极1202的上表面上，以改变石英晶体传感器120的石英晶片1201的振动。有利地，磁体130可以为人造永磁体、天然磁石或电磁铁。进一步地，磁体130在检测腔112内位于第一电极1202的正下方。由此，可以使铁磁磨粒300尽可能富集在第一电极1201的上表面的中心区域，进而使得石英晶体传感器120更加敏感。

主控板140设在检测腔112内且与处理器单元200相连。主控板140用于检测石英晶片1201的振动信号(包括石英晶片1201的振动频率、振幅或振动相位的至少一种)。处理器单元200根据振动信号与待检测油中的铁磁磨粒300的含量之间的对应关系得到待检测油中的铁磁磨粒300的含量。有利地，主控板140可以为模拟电路主控板或数字电路主控板。进一步地，主控板140通过设在壳体110上的信号输出端口150与处理器单元200相连。

在本发明中，一方面，磁体130用于将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极1202的上表面上；另一方面，磁体130与这些铁磁磨粒300互相吸引，以改变石英晶片1201的振动。

举例来说，在进行检测前，磁体130对于石英晶片1201的振动不具有束缚，石英晶片1201的振动为其初始振动。当将待检测油滴加到第一电极1202上后，磁体130会将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极1202的上表面上。此时，磁体130与这些铁磁磨粒300互相吸引，对石英晶片1201具有束缚，引起石英晶片1201的振动变化。

铁磁磨粒300的含量与石英晶片1201的振动变化量相关。即，铁磁磨粒300的含量少，石英晶片1201的振动变化量小；铁磁磨粒300的含量多，石英晶片1201的振动变化量大。因此，铁磁磨粒300的含量可以体现在石英晶体传感器102的振动变化上。换言之，石英晶片1201的振动频率、振幅、相位等参数的变化量，与铁磁颗粒300的含量相关，通过关联曲线，可以最终得到待检测油的铁磁磨粒含量。

本领域技术人员可以通过经验或者试验得出铁磁磨粒300的含量与石英晶片1201的振动变化之间的对应关系，绘制出关联曲线。

综上所述，通过检测石英晶片1201的振动变化，即可获知待检测油的当前铁磁磨粒300的含量。因此根据本发明实施例的检测装置既能定性测得铁磁磨粒300的存在，也能定量测出铁磁磨粒300的含量。

下面对根据本发明实施例的对液体油中的铁磁磨粒进行检测的方法进行详细说明。

如图2和3所示，根据本发明实施例的采用本发明实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测装置对液体油中的铁磁磨粒进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将预定量的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上，以使磁体130将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极1202的上表面上。

步骤2：主控板140检测石英晶片1201的振动信号，并将所述振动信号传输给处理器单元200。

步骤3：处理器单元200根据振动信号与待检测油中的铁磁磨粒300的含量之间的对应关系得到待检测油中的铁磁磨粒300的含量。

有利地，当石英晶片1201的振动信号不足以反应待检测油中的铁磁磨粒300的含量时，多次重复步骤1，直至通过石英晶片1201的振动信号能够得到待检测油中的铁磁磨粒300的含量。

有利地，预定量的待检测油的体积可以等于盛油腔111的容积。例如，盛油腔111的容积可以设定为1ml，2ml，5ml，10ml等。由此，即使多次重复步骤1，检测条件大体不变(油液充满盛油腔111，多次加入的油液可以从敞口溢流出盛油腔111)，使测试结果更为精确，且能提高测量精度。

有利地，所述方法还包括在步骤1前，将待检测油进行震荡以使铁磁磨粒300均匀悬浮于待检测油中的步骤。

在使用本发明的检测装置对待检测油进行检测时，首先将引起石英晶片1201的振动变化的因素固定(例如，石英晶片1201固有振动状况、磁体130的吸力等)，从而得到一个初始变化量，例如设定为0。

将预定量的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上，磁体130将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极1202的上表面上。磁体130与铁磁磨粒300之间互相吸引，对石英晶片1201具有束缚，以改变石英晶片1201的固有振动。当待检测油中的铁磁磨粒300的含量足够多时，石英晶片1201的振动变化足够大，从而得到一个最终变化量，例如设定为1。

在上述石英晶片1201的振动变化量的区间[0,1]内，每一个数值都对应一个铁磁磨粒300的含量。举例来说，当振动变化量为0.1时，则表明液体油中已有铁磁磨粒300产生；当振动变化量为0.9时，系统可以发出警报，则应该对油进行更换。也有可能，此时机械部件磨损严重，则应当考虑对机械部件进行维修/更换。

上述振动变化量包括：石英晶片1201的振动频率、振幅或振动相位中的至少一个的变化量。

另外，一次将预定量的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上，尚不足以反应待检测油中的铁磁磨粒300的含量时，重复多次将预定量的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上。

例如，以每次将5ml的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上为例。若一次加入5ml的待检测油不足以反应待检测油中的铁磁磨粒300的含量时，那么再分多次(例如，再分四次)、每次将5ml的待检测油滴加到第一电极1202的上表面上。此时，检测装置得到一个铁磁磨粒300的含量的含量值，再将该含量值除以五，则即可得到该待检测油中的铁磁磨粒300的含量，进一步提高了检测精度。

在滴加待检测油的过程中，油液可以储存在盛油腔111内，过量的油液可以从敞口溢流出盛油腔111。

在本发明的一些实施例中，处理器单元200可以为CPU、FPGA、DSP、ARM或ASIC，或者其他具有相同功能的微处理器芯片实现，可根据实际应用的具体情况进行选择设计，此处不作赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种液体油中的铁磁磨粒的检测装置，所述装置包括用于对待检测油中铁磁磨粒的含量进行检测的检测单元、用于接收并处理所述检测单元输出的检测信号的处理器单元；

其中，所述检测单元包括：

壳体和石英晶体传感器，所述石英晶体传感器设在所述壳体内以将所述壳体分隔为检测腔和具有敞口的盛油腔，所述石英晶体传感器的第一电极与所述盛油腔连通，所述石英晶体传感器的第二电极与所述检测腔连通；

磁体，所述磁体设在所述检测腔内，用于将所述待检测油中的铁磁磨粒吸引到所述第一电极的上表面上，以改变所述石英晶体传感器的石英晶片的振动；

主控板，所述主控板设在所述检测腔内且与所述处理器单元相连，所述主控板用于检测所述石英晶片的振动信号，所述处理器单元根据所述振动信号与所述待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的对应关系得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

2.根据权利要求1所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述磁体为人造永磁铁、天然磁石或电磁铁。

3.根据权利要求1所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述主控板为模拟电路主控板或数字电路主控板。

4.根据权利要求1所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述主控板通过设在所述壳体上的信号输出端口与所述处理器单元相连。

5.根据权利要求1所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述振动信号包括所述石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种。

6.根据权利要求1所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述处理器单元为CPU、FPGA、DSP、ARM或ASIC。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述磁体在所述检测腔内位于所述第一电极的正下方。

8.一种采用根据权利要求1-7中任一项所述的液体油中的铁磁磨粒的检测装置对液体油中的铁磁磨粒进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将预定量的待检测油滴加到所述第一电极的上表面上，以使所述磁体将所述待检测油中的铁磁磨粒吸引到所述第一电极的上表面上；

步骤2：所述主控板检测所述石英晶片的振动信号，并将所述振动信号传输给所述处理器单元；

步骤3：所述处理器单元根据所述振动信号与所述待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的对应关系得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述石英晶片的振动信号不足以反映所述待检测油中的铁磁磨粒的含量时，多次重复步骤1，直至通过所述石英晶片的振动信号能够得到所述待检测油中的铁磁磨粒的含量。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在步骤1前，将所述待检测油进行震荡以使铁磁磨粒均匀悬浮于所述待检测油中的步骤。