CN105699265A - 一种液体油中铁磁磨粒的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体油中铁磁磨粒的检测方法和装置，所述方法包括：取第一待检测油样和第二待检测油样，第一待检测油样经处理去除铁磁磨粒或用磁体吸住铁磁磨粒使其不落入盛油腔内；检测第一待检测油样和第二待检测油样中的铁磁磨粒的振动信号，并将振动信号传输给处理器单元；对振动信号作减量化处理，并以处理结果作为第二振动信号的相对变化量；根据第二振动信号的相对变化量与第二待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的预设对应关系曲线得到第二待检测油中的铁磁磨粒的含量。检测装置包括第一检测单元、第二检测单元和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。

Description

一种液体油中铁磁磨粒的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种液体油中铁磁磨粒的检测方法和装置。

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。这种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方法。

本发明实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测方法，包括以下步骤：步骤1：取第一待检测油样和第二待检测油样，第一待检测油样经处理去除铁磁磨粒或用磁体吸住铁磁磨粒使其不落入盛油腔内。步骤2：检测第一待检测油样中铁磁磨粒的第一振动信号和第二待检测油样中铁磁磨粒的第二振动信号，并将第一振动信号和第二振动信号分别传输给处理器单元。步骤3：对第一振动信号和第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为第二振动信号的相对变化量。步骤4：根据第二振动信号的相对变化量与第二待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的预设对应关系曲线得到第二待检测油中的铁磁磨粒的含量。

进一步地，步骤2包括检测第一检测单元检测第一待检测油样中铁磁磨粒的第一振动信号和第二检测单元检测第二待检测油样中铁磁磨粒的第二振动信号同步进行，并将第一振动信号和所述第二振动信号同步传输给处理器单元。

进一步地，步骤3包括选取相同时间段内的第一振动信号变化量与第二振动信号变化量，并对其做减量化处理，处理结果为第二振动信号的相对变化量。

本发明中，上述步骤3中所述的时间段为：从待检测油样滴满盛油腔开始，到振动信号稳定上升为止。

本发明中，还包括在步骤1前，将第一待检测油样和第二待检测油样进行震荡，以使铁磁磨粒均匀悬浮于待检测油样中的步骤。

本发明中，当振动信号不足以反映待检测油样中的铁磁磨粒的含量时，多次重复步骤1和步骤2。

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装置。

本发明提供的液体油中铁磁磨粒的检测装置包括用于对待检测油中铁磁磨粒的含量进行检测的第一检测单元和第二检测单元、用于接收并处理检测单元输出的检测信号的处理器单元；其中，第一检测单元和第二检测单元分别包括：壳体和石英晶体传感器，石英晶体传感器设在壳体内以将壳体分隔为检测腔和具有敞口的盛油腔，石英晶体传感器的第一电极与盛油腔连通，石英晶体传感器的第二电极与检测腔连通；磁体，磁体设在检测腔内，用于将待检测油中的铁磁磨粒吸引到第一电极的上表面上，以改变石英晶体传感器的石英晶片的振动；主控板，主控板设在检测腔内且与处理器单元信号连接，主控板用于检测石英晶片的振动信号，处理器单元对第一振动信号和第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为第二振动信号的相对变化量，根据第二振动信号的相对变化量与第二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。

本发明中，振动信号包括石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种。

本发明中，主控板为模拟电路主控板或数字电路主控板。

本发明中，磁体为人造永磁铁、天然磁石或电磁铁。

本发明提出的液体油中铁磁磨粒的检测方法，操作简便，并通过对参照油样和测试油样进行减量化处理，从而消除了背景噪音，提高了灵敏度。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所示为本发明一个实施例的液体油中的铁磁磨粒的检测方法的流程图；

图2所示为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3所示为本发明一个实施例的一对传感器接收待检测油样的时间-频率变化曲线。

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方法。

如图1和图2所示，本实施例所示的液体油中铁磁磨粒的检测方法100，包括如下步骤：

步骤101：取第一待检测油样201和第二待检测油样201’，其中，第一待检测油样201经处理去除铁磁磨粒或用磁体202吸住铁磁磨粒使其不落入盛油腔211内。

步骤102：检测第一待检测油样201中铁磁磨粒300的第一振动信号和第二待检测油样201’中铁磁磨粒300’的第二振动信号，并将第一振动信号和第二振动信号分别传输给处理器单元400。

步骤103：对第一振动信号和第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为第二振动信号的相对变化量。

步骤104：根据第二振动信号的相对变化量与第二待检测油样201’中的铁磁磨粒300’的含量之间的预设对应关系曲线得到第二待检测油样201’中的铁磁磨粒300’的含量。

优选地，步骤2可以同步用第一检测单元200检测第一待检测油样201中铁磁磨粒300的第一振动信号，用第二检测单元200’检测第二待检测油样201’中铁磁磨粒300’的第二振动信号，并将第一振动信号和所述第二振动信号传输给处理器单元400。第一检测单元与第二检测单元同步进行能够避免因时间差带来计算过程中不必要的误差，从而提高检测的精确度。

优选地，步骤3包括选取相同时间段内的第一振动信号变化量与第二振动信号变化量，并对其做减量化处理，处理结果为第二振动信号的相对变化量。取相同的时间段进行处理可以避免时间的误差所导致精确度降低。

本实施例中，上述步骤3中所述的时间段为：从待检测油样滴满盛油腔开始，到振动信号稳定上升为止。当待检测油样滴满盛油腔时，铁磁磨粒的含量是最高的，传感器的振动信号最大，从而相对误差就小。当振动信号稳定上升时，铁磁磨粒的振动维持稳定，振动信号也维持稳定，此时的数据精确度更高。

本实施例中，还包括在步骤101前，将第一待检测油样201和第二待检测油样201’，以使铁磁磨粒均匀悬浮于待检测油样中的步骤，这样能够避免因铁磁磨粒的分布不均匀而导致振动信号时强时弱所带来的不精确。

本实施例中，当第二振动信号的相对变化量不足以反映第二待检测油样中的铁磁磨粒300’的含量时，多次重复步骤101步骤102，直至能够得到第二待检测油201’中的铁磁磨粒300’的含量。

例如：将预定量的第二待检测油201’滴加到第一电极2201’的上表面上，磁体230’将第二待检测油201’中的铁磁磨粒吸引到第一电极2201’的上表面上。磁体230’与铁磁磨粒300’之间互相吸引，对石英晶片2203’具有束缚，以改变石英晶片2203’的固有振动。用第二振动信号的变化量减去第一振动信号的变化量，得到第二振动信号的相对变化量。

如3所示，例如：测试时间Δt＝t₂-t₁，在测试时间Δt内，第一振动信号的振幅Δf₁的变化Δf₁＝f₄-f₃，Δf₁为第一待检测油样的振动信号，即为参照传感器的噪音，第二振动信号的振幅的变化为Δf₂＝Δf_n2+Δf_s，同时，Δf₂＝f₂-f₁即为测试传感器的输出，Δf_n2为测试传感器的噪音，由于参照传感器和测试传感器的特征相似，参照传感器的背景噪音Δf_n1和测试传感器的背景噪音Δf_n2相等，又因为参照传感器已经用磁体去除了铁磁颗粒，去除铁磁磨粒的传感器的噪音即传感器背景噪音，Δf_n2＝Δf_n1＝Δf₁，所以经过补偿后的测试传感器的相对变化为Δf_s＝Δf₂-Δf_n1，亦即，Δf_s＝f₂-f₁-f₄+f₃。

当第二待检测油201’中的铁磁磨粒300’的相对含量足够多时，石英晶片2203’的相对振动变化足够大，从而得到一个最终变化率，例如设定为1。

在上述石英晶片的相对振动变化率的区间[0,1]内，每一个数值都对应一个铁磁磨粒300’的相对含量。举例来说，当相对振动变化率为0.1时，则表明液体油中已有铁磁磨粒300’产生；当相对振动变化率为0.8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。

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

在本发明的一些实施例中，处理器单元400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。

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。

图2所示为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。于本实施例中，前述的液体油中铁磁磨粒的检测方法可以通过本装置实现。如图2所示，液体油中的铁磁磨粒的检测装置包括第一检测单元200、第二检测单元200’和用于接收并处理检测单元输出的检测信号的处理器单元400。液体油可以是润滑油、液压油等。其中，第一检测单元200包括：壳体210、石英晶体传感器220，磁体230和主控板240。

具体地说，石英晶体传感器220设在壳体210内以将壳体210分隔为检测腔212和具有敞口的盛油腔211，石英晶体传感器220的第一电极2201与盛油腔211连通，石英晶体传感器220的第二电极2202与检测腔212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面上分别设置电极，石英晶体加载两个电极中间形成一个三明治结构。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230设在检测腔212内，用于将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极2201的上表面上，以改变石英晶体传感器220的石英晶片2203的振动。有利地，磁体230可以为人造永磁体、天然磁石或电磁铁。进一步地，磁体230在检测腔212内位于第一电极2201的正下方。由此，可以使铁磁磨粒300尽可能富集在第一电极2201的上表面的中心区域，进而使得石英晶体传感器220更加敏感。

主控板240设在检测腔211内且与处理器单元400信号连接。主控板240用于检测石英晶片2203的振动信号(包括石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种)，然后把振动信号传递给处理器单元400进行处理。有利地，主控板240可以为模拟电路主控板或数字电路主控板。

第二检测单元200’包括：壳体210’、石英晶体传感器220’，磁体230’和主控板240’。

具体地说，石英晶体传感器220’设在壳体210’内以将壳体210’分隔为检测腔212’和具有敞口的盛油腔211’，石英晶体传感器220’的第一电极2201’与盛油腔211’连通，石英晶体传感器220’的第二电极2202’与检测腔212’连通。

磁体230’设在检测腔212’内，用于将待检测油中的铁磁磨粒300’吸引到第一电极2201’的上表面上，以改变石英晶体传感器220’的石英晶片2203’的振动。有利地，磁体230’可以为人造永磁体、天然磁石或电磁铁。进一步地，磁体230’在检测腔212’内位于第一电极2201’的正下方。由此，可以使铁磁磨粒300’尽可能富集在第一电极2201’的上表面的中心区域，进而使得石英晶体传感器220’更加敏感。

主控板240’设在检测腔211’内且与处理器单元400信号连接。主控板240’用于检测石英晶片2203’的振动信号(包括石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种)，然后把振动信号传递给处理器单元400进行处理。有利地，主控板240’可以为模拟电路主控板或数字电路主控板。

处理器单元400对第一振动信号和第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为第二振动信号的相对变化量，根据第二振动信号的相对变化量与第二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相对含量。

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

例如，在进行检测前，磁体230对于石英晶片2203的振动不具有束缚，石英晶片2203的振动为其初始振动。当将待检测油滴加到第一电极2201上后，磁体230会将待检测油中的铁磁磨粒300吸引到第一电极2201的上表面上。此时，磁体230与这些铁磁磨粒300互相吸引，对石英晶片2203具有束缚，引起石英晶片2203的振动变化。

铁磁磨粒的含量与石英晶片的振动变化率相关。即，铁磁磨粒的含量少，石英晶片的振动变化率小；铁磁磨粒的含量多，石英晶片的振动变化率大。因此，铁磁磨粒的含量可以体现在石英晶体传感器的振动变化率上。换言之，石英晶片的振动频率、振幅、相位等参数的变化量，与铁磁颗粒的含量相关，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的含量与石英晶片的相对振动变化之间的对应关系，绘制出关联曲线。

综上所述，通过检测石英晶片的振动变化，即可获知待检测油的当前铁磁磨粒的含量。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的存在，也能定量测出铁磁磨粒的含量。

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)

1.一种液体油中铁磁磨粒的检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：取第一待检测油样和第二待检测油样，所述第一待检测油样经处理去除铁磁磨粒或用磁体吸住铁磁磨粒使其不落入盛油腔内；

步骤2：检测第一待检测油样中铁磁磨粒的第一振动信号和第二待检测油样中铁磁磨粒的第二振动信号，并将所述第一振动信号和所述第二振动信号分别传输给处理器单元；

步骤3：对所述第一振动信号和所述第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为所述第二振动信号的相对变化量；

步骤4：根据所述第二振动信号的相对变化量与所述第二待检测油中的铁磁磨粒的含量之间的预设对应关系曲线得到所述第二待检测油中的铁磁磨粒的含量。

2.根据权利要求1所述的液体油中铁磁磨粒的检测方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

检测第一待检测油样中铁磁磨粒的第一振动信号与第二待检测油样中铁磁磨粒的第二振动信号同步进行，并将所述第一振动信号和所述第二振动信号同步传输给处理器单元。

3.根据权利要求1或2所述的液体油中铁磁磨粒的检测方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括，

选取相同时间段内的第一振动信号变化量与第二振动信号变化量，并对其做减量化处理，所述处理结果为所述第二振动信号的相对变化量。

4.根据权利要求3所述的液体油中铁磁磨粒的检测方法，其特征在于，所述时间段为：

从待检测油样滴满盛油腔开始，到振动信号稳定上升为止。

5.根据权利要求1所述的液体油中铁磁磨粒的检测方法，其特征在于，还包括在步骤1前，将所述第一待检测油样和所述第二待检测油样进行震荡，以使铁磁磨粒均匀悬浮于所述待检测油样中的步骤。

6.根据权利要求1所述的液体油中铁磁磨粒的检测方法，其特征在于，当振动信号不足以反映所述待检测油样中的铁磁磨粒的含量时，多次重复步骤1和步骤2。

7.一种液体油中铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，包括用于对待检测油中铁磁磨粒的含量进行检测的第一检测单元和第二检测单元、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，所述第一检测单元和所述第二检测单元分别包括：

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信号连接，所述主控板用于检测所述石英晶片的振动信号，所述处理器单元对所述第一振动信号和所述第二振动信号作减量化处理，并以处理结果作为所述第二振动信号的相对变化量，根据所述第二振动信号的相对变化量与所述第二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。

8.根据权利要求7所述的液体油中铁磁磨粒的检测装置，其特征在于，所述振动信号包括石英晶片的振动频率、振幅或振动相位的至少一种。

9.根据权利要求7所述的液体油中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。

10.根据权利要求7所述的液体油中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。