CN105571994A - 一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，基于滑油金属屑传感器激励信号与输出信号同频且相位差固定原理巧妙设计采集策略。本发明通过带通滤波器消弱传感器输出信号中的干扰，然后通过可编程逻辑器件控制模数转换单元在极值时刻启动采集，处理单元再将采集到的信号进行识别分别计算出金属屑类型和颗粒大小，统计分析颗粒数据，结合被测齿轮、轴承特征给出系统磨损状态。本发明具有对航空发动机滑油金属屑传感器信号测量精度高、计算简单的优点，可用于航空发动机滑油金属屑类型识别和颗粒大小计算。

Description

一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法

技术领域

本发明属于轴承、齿轮润滑油路监测技术领域，具体涉及一种在线实时监测动力传动系统中滑油金属屑数量、大小等参数的累积状态信息的方法。

背景技术

航空发动机、燃气轮机等传动系统中齿轮、轴承摩擦部件在使用中会产生金属屑，这些金属屑连同外界进入滑油的砂粒等污染物，随着零部件的运转，悬浮于滑油系统中，随着工作时间与磨损状态的不同，它们的浓度、成分、尺寸均发生不同的变化。因此，滑油中金属屑参数的变化可以作为传动系统中齿轮、轴承系统磨损状态的信息，来分析动力传动系统的健康状况，以便于采取主动的维修措施来确保系统的可靠运行。

发明内容

本发明提出一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，测量精度高、特别是能够极大地简化数据处理量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，包括以下步骤：

步骤1)：激励信号发生单元向滑油金属屑传感器输入激励信号，滑油金属屑传感器根据滑油中的颗粒信息产生对应的输出信号，对该输出信号采用带通滤波器进行去噪处理，其中带通滤波器中心频率为传感器激励信号频率；

步骤2)：极值捕获单元利用滑油金属屑传感器输出信号和激励信号同频且相位差为定值的特性，仅采集滑油金属屑传感器输出信号的极大值和极小值并转换为数字信号，采集频率fs由滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器长度L共同确定；

步骤3)：处理单元根据转换得到的数字信号，利用传感器对铁磁和非铁磁颗粒通过特性，识别出颗粒类别并计算颗粒大小；

步骤4)：按颗粒类别对颗粒大小进行累计叠加，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，再结合动力传动系统中被测齿轮、轴承特征得出系统磨损状态。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下优化：

激励信号发生单元产生正弦波激励信号或者三角波激励信号，经过滤波和驱动后输入滑油金属屑传感器。

fs＝(5～10)/t， $t=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2\frac{L}{Q_v}.$

步骤2)还将采集转换得到的极大值数字信号和极小值数字信号按照时序进行标识，设An和Bn分别为第n个周期采集的极大值数字信号和极小值数字信号；则对标识的数字信号An和Bn按照公式计算出对应的Cn,在时间t范围依序组成C序列；

步骤3)按照以下方式识别出颗粒类别并计算颗粒大小：若C序列为先正后负且正负极值都大于最小铁磁颗粒对应幅值，则为铁磁颗粒；若C序列为先负后正且正负极值都大于最小非铁磁颗粒对应幅值，则为非铁磁颗粒；C序列的极值大小正比于颗粒大小。

本发明的效果可以通过以下二点说明：

采用带通滤波器对传感器输出信号进行去噪处理，消弱传感器输出信号中干扰，特别是由于振动引起的干扰；

极值捕获单元结合传感器输出和激励信号同频且相位差为定值的特性，能够准确采集输出信号极值，省去了输出信号固定频率采集所引起的复杂数值滤波计算，简化了软件算法。

附图说明

图1是本发明的功能原理框图。

图2是传感器激励信号(以正弦为例)示意图。

图3是铁磁颗粒经过传感器输出信号示意图。

图4是非铁磁颗粒经过传感器输出信号示意图。

图5是铁磁颗粒经过传感器输出信号捕获采集结果示意图；其中上方为未采集铁磁颗粒对应信号，下方为C数字序列。

图6是非铁磁颗粒经过传感器输出信号捕获采集结果示意图；其中上方为未采集非铁磁颗粒对应信号，下方为C数字序列。

图7是铁磁和非铁磁颗粒经过传感器输出信号捕获采集结果对比示意图；其中最上方为传感器激励信号，第二为铁磁颗粒对应未采集信号，第三为非铁磁颗粒未采集信号，第四实线为铁磁颗粒对应未采集信号，虚线为铁磁颗粒对应C数字序列，最下方实线为非铁磁颗粒对应未采集信号，虚线为非铁磁颗粒对应C数字序列。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

步骤1：激励信号发生单元用于产生传感器所需的正弦(或者三角波)信号，其中可编程逻辑单元控制数模转换单元产生正弦(或者三角波)信号，再经过滤波和驱动后输出给传感器，如图2，传感器根据滑油中的颗粒信息感应出相应的输出信号，对输出信号采用带通滤波器进行去噪处理(其中带通滤波器中心频率为传感器激励信号频率)，如图3和图4；

步骤2：极值捕获单元利用传感器输出信号和激励信号同频且相位差为定值的特性，采集传感器经过带通滤波器的输出信号(类似正弦波)的极值(极大值和极小值)转换为数字信号，并按照同一周期内(激励信号周期)两个极值A1和B1……An和Bn……(极大值和极小值或者极小值和极大值)的规律标识数据，其中可编程逻辑根据相位特性控制模数转换单元采集；

步骤3：处理单元根据采集到的数字信号根据传感器铁磁和非铁磁颗粒通过特性，识别出颗粒类别并计算颗粒大小。具体方法为，对标识的数字信号An和Bn按照公式计算出对应的Cn，(其中|A_n|表示An的绝对值),判断在一定时间t范围内(结合滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器长度L计算)，C序列为先正后负且正负极值都大于最小铁磁颗粒对应幅值则为铁磁颗粒，C序列为先负后正且正负极值都大于最小非铁磁颗粒对应幅值则为非铁磁颗粒，C极值大小正比与颗粒大小。如图5、图6和图7。

步骤4：对收集到的颗粒信息进行统计分析，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，再结合被测齿轮、轴承特征给出系统磨损状态。

Claims (4)

1.一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：激励信号发生单元向滑油金属屑传感器输入激励信号，滑油金属屑传感器根据滑油中的颗粒信息产生对应的输出信号，对该输出信号采用带通滤波器进行去噪处理，其中带通滤波器中心频率为传感器激励信号频率；

步骤2)：极值捕获单元利用滑油金属屑传感器输出信号和激励信号同频且相位差为定值的特性，仅采集滑油金属屑传感器输出信号的极大值和极小值并转换为数字信号，采集频率fs由滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器长度L共同确定；

步骤3)：处理单元根据转换得到的数字信号，利用传感器对铁磁和非铁磁颗粒通过特性，识别出颗粒类别并计算颗粒大小；

步骤4)：按颗粒类别对颗粒大小进行累计叠加，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，再结合动力传动系统中被测齿轮、轴承特征得出系统磨损状态。

2.根据权利要求1所述的动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：激励信号发生单元产生正弦波激励信号或者三角波激励信号，经过滤波和驱动后输入滑油金属屑传感器。

3.根据权利要求1所述的动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：fs＝(5～10)/t，

4.根据权利要求2所述的动力传动系统滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：

步骤2)还将采集转换得到的极大值数字信号和极小值数字信号按照时序进行标识，设An和Bn分别为第n个周期采集的极大值数字信号和极小值数字信号；则对标识的数字信号An和Bn按照公式计算出对应的Cn,在时间t范围依序组成C序列；

步骤3)按照以下方式识别出颗粒类别并计算颗粒大小：若C序列为先正后负且正负极值都大于最小铁磁颗粒对应幅值，则为铁磁颗粒；若C序列为先负后正且正负极值都大于最小非铁磁颗粒对应幅值，则为非铁磁颗粒；C序列的极值大小正比于颗粒大小。