CN107589171B - 油液管路中所含金属检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油液管路中所含金属检测系统包括壳体和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元，电磁式金属颗粒检测单元设置于壳体内，单个电磁式金属颗粒检测单元包括感应线圈和缠绕于待检测油液管路的激励线圈，单个激励线圈两侧分别设置有感应线圈。整个系统中，采用多个并联的电磁式金属颗粒检测单元进行检测，并且多个并联的电磁式金属颗粒检测单元均设置于同一个壳体内，能够实现对油液管路中所含金属高精度且高灵敏度检测。

Description

油液管路中所含金属检测系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及油液管路中所含金属检测系统。

背景技术

大型机械设备在工作中会发生机械磨损产生金属磨粒，一旦机械发生异常磨损有可能引发重大机械故障，造成巨大经济损失和人员伤亡，电磁式金属颗粒智能传感器用于对机械润滑油液中金属颗粒数量、大小等的检测，一旦发现润滑油液中存在异常磨损的金属颗粒，维护人员可及时对设备进行维修，达到机械异常磨损的早期预警，防止发生重大机械故障的目的。

采用电磁技术检测油液中的金属颗粒的技术方案必须有一个产生交变磁场的激励源，而金属颗粒随油液穿过传感器时，金属颗粒的体积只有传感器有效检测空间体积的百万分之一，为获得微弱的、由金属颗粒引起的电信号，在信号接收端，首先要排除激励信号，几十年来，围绕着在信号接收端如何排除激励信号和外界磁场干扰产生了许多技术方案。

常规的排除激励信号和外界磁场干扰的技术方案虽然能够在一定程度上实现油液管路中金属颗粒的检测，但是其检测精度与灵敏度不高，仅能针对较大颗粒的金属颗粒进行检测，或者是针对较小通径油液管路进行检测。

发明内容

基于此，有必要上述问题，提供一种检测精度与灵敏度高的油液管路中所含金属检测系统。

一种油液管路中所含金属检测系统，包括壳体和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元，电磁式金属颗粒检测单元设置于壳体内；

单个电磁式金属颗粒检测单元包括感应线圈和缠绕于待检测油液管路的激励线圈，单个激励线圈两侧分别设置有感应线圈。

在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括控制器，控制器分别与电磁式金属颗粒检测单元连接。

在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括激励信号源，激励信号源分别与控制器以及各电磁式金属颗粒检测单元中激励线圈连接。

在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括油液特性检测单元，油液特性检测单元与控制器连接。

在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括油液水分检测单元，油液水分检测单元与控制器连接。

在其中一个实施例中，电磁式金属颗粒检测单元还包括导磁组件，导磁组件环绕于感应线圈和激励线圈设置。

在其中一个实施例中，电磁式金属颗粒检测单元还包括信号处理电路，信号处理电路与感应线圈连接。

在其中一个实施例中，信号处理电路包括多个前置输入链路、差分放大器、解调器、放大滤波组件、主控器以及通讯驱动器；

单个前置输入链路分别与单个感应线圈连接，多个前置输入链路分别与差分放大器连接，差分放大器、解调器、放大滤波组件、主控器以及通讯驱动器依次连接，放大滤波组件还与主控器连接。

在其中一个实施例中，前置输入链路包括串联的前置放大器和调相器，前置放大器与感应线圈连接，调相器与差分放大器连接。

在其中一个实施例中，放大滤波组件包括第一分级放大器、第二分级放大器、第三分级放大器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器；

带通滤波器与第一分级放大器连接，第一分级放大器与第一低通滤波器连接，第一低通滤波器与第二分级放大器连接，第二分级放大器与第二低通滤波器连接，第二低通滤波器与第三分级放大器连接，第三分级放大器与第三低通滤波器连接，第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器分别与主控器连接。

本发明油液管路中所含金属检测系统包括壳体和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元，电磁式金属颗粒检测单元设置于壳体内，单个电磁式金属颗粒检测单元包括感应线圈和缠绕于待检测油液管路的激励线圈，单个激励线圈两侧分别设置有感应线圈。整个系统中，采用多个并联的电磁式金属颗粒检测单元进行检测，并且多个并联的电磁式金属颗粒检测单元均设置于同一个壳体内，能够实现对油液管路中所含金属高精度且高灵敏度检测。

附图说明

图1为本发明油液管路中所含金属检测系统第一个实施例的结构示意图；

图2为电磁式金属颗粒检测单元的结构示意图；

图3为本发明油液管路中所含金属检测系统第二个实施例的结构示意图；

图4为其中一个实施例中信号处理电路的结构示意图；

图5为其中一个实施例中信号处理电路的结构示意图；

图6为本发明油液管路中所含金属检测系统其中一个应用实例的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种油液管路中所含金属检测系统，包括壳体100和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元200，电磁式金属颗粒检测单元200设置于壳体100内；

单个电磁式金属颗粒检测单元200包括感应线圈210和缠绕于待检测油液管路的激励线圈220，单个激励线圈220两侧分别设置有感应线圈210。

壳体100可以为金属材质的壳体100，壳体100内部形成有空腔，多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元200设置于壳体100内部形成的空腔内。由于并联连接的电磁式金属颗粒检测单元200均设置于同一个壳体100，其信号能够统一感应生成、统一采集、统一输出至后台进行处理，为实现高精度、高灵敏度油液管路中金属颗粒检测提供基础。

油液金属颗粒检测单元包括有感应线圈210和激励线圈220，感应线圈210设置于激励线圈220的两侧，激励线圈220接收外激励信号源240的激励信号，激励线圈220在待检测油液管路中产生交变磁场，激励线圈220两侧的感应线圈210在交变磁场作用下产生感应电压，交变磁场在两侧的感应线圈210中产生的干扰是同相干扰信号。当待检测油液管路中不存在金属颗粒时，该干扰信号将和激励信号一起在后续信号处理中自动抵消，当金属颗粒穿过线圈时将引起两侧的感应线圈210的感应电压变化，两侧的感应线圈210产生感应电压差，基于该变化的感应电压即可准确检测到待检测油液管路中的金属颗粒。由于电磁式金属颗粒传感器的最小颗粒检测能力与管径成反比，为了满足大管径的油液中金属颗粒无遗漏的检测要求，本发明油液管路中所含金属检测系统通过将若干个电磁式金属颗粒检测单元200并联安装在一个壳体100内，来显著提升其检测精度与灵敏度。

另外，需要指出的是，在单个油液金属颗粒检测单元中可以包括多个感应线圈210和多个激励线圈220，只需满足单个激励线圈220两侧均设置有感应线圈210即可，例如可以包括2个激励线圈220、4个感应线圈210，即依次设置有1号感应线圈210、1号激励线圈220、2号感应线圈210、3号感应线圈210、2号激励线圈220、4号感应线圈210。非必要的，在由激励线圈220以及设置于两侧感应线圈210构建的单个感应组件之间可以采用一定的电磁屏蔽材料，以降低两个感应组件之间的相互干扰，在单个激励线圈220的一侧可以设置有单个感应线圈210还可以设置有多个感应线圈210。

本发明油液管路中所含金属检测系统包括壳体100和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元200，电磁式金属颗粒检测单元200设置于壳体100内，单个电磁式金属颗粒检测单元200包括感应线圈210和缠绕于待检测油液管路的激励线圈220，单个激励线圈220两侧分别设置有感应线圈210。整个系统中，采用多个并联的电磁式金属颗粒检测单元200进行检测，并且多个并联的电磁式金属颗粒检测单元200均设置于同一个壳体100内，能够实现对油液管路中所含金属高精度且高灵敏度检测。

如图3所示，在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括控制器300，控制器300分别与电磁式金属颗粒检测单元200连接。

控制器300与电磁式金属颗粒检测单元200连接，用于协调、控制各电磁式金属颗粒检测单元200工作，并集中接收各电磁式金属颗粒检测单元200输出的信号，集中接收到的信号可以一并发送至外部上位机，进行后台计算与处理，以直接输出检测结果。

如图3所示，在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括激励信号源400，激励信号源400分别与控制器300以及各电磁式金属颗粒检测单元200中激励线圈220连接。

激励信号源400用于输出激励信号至各电磁式金属颗粒检测单元200中激励线圈220，并且激励信号源400还接受控制器300的控制，产生符合当前需求的一定频率和强度的激励信号。

如图3所示，在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括油液特性检测单元500，油液特性检测单元500与控制器300连接。

油液特性检测单元500用于检测油液管路中流动油液的油液粘度、温度、密度、介电常数等参数，油液特性检测单元500可以包括多种类型传感器，这些传感器分别采集上述这些油液特性参数，并将采集到的数据发送至控制器300，控制器300将这些数据一并打包发送至外部设备(上位机)。

如图3所示，在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括油液水分检测单元600，油液水分检测单元600与控制器300连接。

油液水分检测单元600用于检测油液管路中流动油液的含水率参数，油液水分检测单元600可以包括用于检测含水率的传感器，该传感器将检测到的含水率数据发送至控制器300，控制器300将这些数据一并打包发送至外部设备(上位机)。

如图3所示，在其中一个实施例中，油液管路中所含金属检测系统还包括存储单元700，存储单元700与控制器300连接。

需要指出的是，在上述实施例中，控制器300用于协调控制包括油液特性检测单元500、油液水分检测单元600、电磁式金属颗粒检测单元200等功能单元工作，以使其实现各自对应的功能，另外控制器300还用于监控上述单元的工作状态，确保数据的可信度。控制器300还具有产品编码设置、网络地址设置、激励频率和信号处理关键参数设置、量值标定与校验、油液信息上传、多传感器组网运行等功能。

如图2所示，在其中一个实施例中，电磁式金属颗粒检测单元200还包括导磁组件230，导磁组件230环绕于感应线圈210和激励线圈220设置。

导磁组件230用于将激励线圈220产生的交变磁场控制在一定区域，减少外界磁场对传感器的影响。

在其中一个实施例中，电磁式金属颗粒检测单元200还包括信号处理电路，信号处理电路与感应线圈210连接。

信号处理电路用于接收感应线圈210输出的电压信号，当待检测油液管路中含有金属颗粒时，感应线圈210输出变化的电压信号至信号处理电路，信号处理对该变化的电压信号进行滤波、放大等处理，输出滤波、放大处理后的信号，外部设备在接收到该滤波、放大处理后的信号可以直接或间接准确得出油液管路中所含金属检测结果。

如图4所示，在其中一个实施例中，信号处理电路包括多个前置输入链路241、差分放大器242、解调器243、放大滤波组件244、主控器245以及通讯驱动器246；

单个前置输入链路241分别与单个感应线圈210连接，多个前置输入链路241分别与差分放大器242连接，差分放大器242、解调器243、放大滤波组件244、主控器245以及通讯驱动器246依次连接，放大滤波组件244还与主控器245连接。

信号处理电路中前置输入链路241分别与单个感应线圈210连接，即前置输入链路241的数量与感应线圈210的数量相同。感应线圈210输出至信号处理电路中的电压信号依次经过差分放大、解调、放大滤波等处理，处理完的信号输出至主控器245中，主控器245存储、记录每次检测到金属颗粒对应的信号，并且输出指令至通讯驱动器246，以使通讯驱动器246发送通讯驱动请求，与外部设备(上位机)进行通讯，将检测到金属颗粒对应的信号发送至外部设备(上位机)。

如图5所示，在其中一个实施例中，前置输入链路包括串联的前置放大器和调相器，前置放大器与感应线圈连接，调相器与差分放大器连接。

前置放大器对接收到的信号进行前置放大处理，调相器用于对接收到的信号进行调相处理，经前置放大器处理获得相同的幅值的信号送入调相器调相，经调相后的两个幅值非常接近。

如图5所示，在其中一个实施例中，放大滤波组件包括第一分级放大器、第二分级放大器、第三分级放大器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器；

带通滤波器与第一分级放大器连接，第一分级放大器与第一低通滤波器连接，第一低通滤波器与第二分级放大器连接，第二分级放大器与第二低通滤波器连接，第二低通滤波器与第三分级放大器连接，第三分级放大器与第三低通滤波器连接，第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器分别与主控器连接。

在本实施例中，采用分级采集的方式设置放大滤波组件，其中第一分级放大器和第一低通滤波器产生供主控器采集的第一路信号；第二分级放大器和第二低通滤波器产生供主控器采集的第二路信号；第三分级放大器和第三低通滤波器产生供主控器采集的第三路信号。在实际应用中，激励信号源400将激励信号送到各个电磁式金属颗粒检测单元200(参见图3)的激励线圈220，激励线圈220量测的感应线圈210和产生的信号分别送入前置放大器，经前置放大器处理获得相同的幅值的信号送入调相器调相，经调相后的两个幅值非常接近、相位完全相同的信号(油管中没有金属颗粒的情况下)送入差分放大器242进行差分放大，经差分放大器242处理后，形成一个消除了绝大部分激励信号和地磁信号的信号，再将该信号送入解调器243，经解调器243解调、带通滤波器滤波，彻底消除激励信号，获得金属颗粒的有用信号，这一有用信号经过第一分级放大器和第一低通滤波器产生供主控器245采集的第一路信号，在低通滤波器之后还可以设置若干级由放大器和低通滤波器组成的放大电路，实现对金属颗粒信号的分级采集，以便获得精确的金属颗粒尺寸信息。

下面将采用具体应用实例，详细解释本发明油液管路中所含金属检测系统的技术方案及其效果。

如图2所示，本发明油液管路中所含金属检测系统具体可以包括存储单元、控制器300、油液特性检测单元500(集成或各自独立的油液粘度、温度、密度、介电常数检测单元)、油液中水分检测单元、金属颗粒传感器激励信号源400和若干个并联的电磁式金属颗粒检测单元200。控制器300通过内部数据总线获取数字型检测单元(比如：电磁式金属颗粒检测单元200、油液特性检测单元500等)的检测结果，通过模数转换口获得模拟信号输出型检测单元的检测信息(如：油液水分检测单元600)，将获得的信息经过整理、变换后打包上传上位机；控制器300还通过模数转换接口等端口对电磁式金属颗粒检测单元200和激励信号源400的工作状态进行监测，确保数据的可信度；控制器300具有产品编码设置、网络地址设置、激励频率和信号处理关键参数设置、量值标定与校验、油液信息上传、多传感器组网运行等功能。

如图3所示，电磁式金属颗粒检测单元200由缠绕在油液管路上的激励线圈220、布置在激励线圈220两侧的感应线圈210、环绕在线圈外侧的导磁材料组成；变送器将交变激励电压送入激励线圈220，激励线圈220在油液管路的测量区间产生交变磁场，感应线圈210在交变磁场作用下产生感应电压，磁场在感应线圈210中产生的干扰是同相干扰信号，该干扰信号将和激励信号一起在后续信号处理中自动抵消；当金属颗粒穿过线圈时将引起感应线圈210的感应电压变化，感应线圈210的感应电压分别送入电磁式金属颗粒检测单元200中的某一个获得金属颗粒信息；导磁材料将激励线圈220产生的交变磁场控制在一定区域，减少由金属外壳产生的铁损，同时还可以减少外界磁场对传感器的影响。

如图5所示，电磁式金属颗粒检测单元200的信号处理电路包括通讯驱动器、主控器、前置放大器、调相器、差分放大器、解调器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第一分级放大器、第二分级放大器、第三分级放大器。激励信号源400将激励信号送到各个电磁式金属颗粒检测单元200的激励线圈220，激励线圈220和电容组成一个谐振电路，感应线圈210产生的信号分别送入前置放大器，经前置放大器处理获得相同的幅值的信号送入调相器调相，经调相后的两个幅值非常接近、相位完全相同的信号送入差分放大器进行差分放大，经差分放大器处理后，形成一个消除了绝大部分激励信号和电磁信号的信号，再将该信号送入解调器，经解调器解调、带通滤波器滤波，彻底消除激励信号，获得金属颗粒的有用信号，这一有用信号经过第一分级放大器和第一低通滤波器产生供主控器采集的第一路信号，在低通滤波器之后还可以设置若干级由放大器和低通滤波器组成的放大电路，实现对金属颗粒信号的分级采集，以便获得精确的金属颗粒尺寸信息。主控器对各级放大的金属颗粒信息进行数据采集、信号处理(消除伴随着极小金属颗粒信号一起传递过来的电路噪声)、颗粒识别后得到一定时间段内经过传感器的金属颗粒数量、大小和性质的数据信息，这一数据信息根据主控器的指令上传。

如图6所示，本发明油液管路中所含金属检测系统若干个电磁式金属颗粒传感器单元(图6以两个为例)并联安装在一个壳体100中，壳体100两端连接两个导流管，导流管通过法兰与外界油路连接，两侧的导流管上分别安装油液特性检测单元500和油液水分检测单元600，检测控制与通讯电路置于安装在壳体100上面的控制盒中。

在实际应用中，本发明油液管路中所含金属检测系统具有如下优点：将若干个电磁式金属颗粒检测单元200并联安装于一个壳体100内，解决了大通径管路中敏感金属颗粒(例如大于350微米铁磁性颗粒)无遗漏检测问题和中等通径管路中100微米以上金属颗粒的无遗漏检测问题；采用一个激励线圈220、两个感应线圈210的技术方案实现外界干扰的自平衡，相对于传统技术方案，节省了外界干扰信号补偿线圈和电路；将油液特性检测单元500和油液水分检测单元600集成，完成信息融合后统一上传上位机，简化了油液监测系统集成、设备和信息管理的难度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，包括壳体和多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元，所述多个并联连接的电磁式金属颗粒检测单元设置于同一所述壳体内；

单个所述电磁式金属颗粒检测单元包括多个感应线圈和缠绕于待检测油液管路的多个激励线圈，单个所述激励线圈两侧分别设置有感应线圈。

2.根据权利要求1所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述电磁式金属颗粒检测单元连接。

3.根据权利要求2所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，还包括激励信号源，所述激励信号源分别与所述控制器以及各所述电磁式金属颗粒检测单元中激励线圈连接。

4.根据权利要求2所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，还包括油液特性检测单元，所述油液特性检测单元与所述控制器连接。

5.根据权利要求2所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，还包括油液水分检测单元，所述油液水分检测单元与所述控制器连接。

6.根据权利要求1所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，所述电磁式金属颗粒检测单元还包括导磁组件，所述导磁组件环绕于所述感应线圈和所述激励线圈设置。

7.根据权利要求1所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，所述电磁式金属颗粒检测单元还包括信号处理电路，所述信号处理电路与所述感应线圈连接。

8.根据权利要求7所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，所述信号处理电路包括多个前置输入链路、差分放大器、解调器、放大滤波组件、主控器以及通讯驱动器；

单个所述前置输入链路分别与单个所述感应线圈连接，多个所述前置输入链路分别与所述差分放大器连接，所述差分放大器、所述解调器、放大滤波组件、所述主控器以及所述通讯驱动器依次连接，所述放大滤波组件还与所述主控器连接。

9.根据权利要求8所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，所述前置输入链路包括串联的前置放大器和调相器，所述前置放大器与所述感应线圈连接，所述调相器与所述差分放大器连接。

10.根据权利要求8所述的油液管路中所含金属检测系统，其特征在于，所述放大滤波组件包括第一分级放大器、第二分级放大器、第三分级放大器、带通滤波器、第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器；

所述带通滤波器与所述第一分级放大器连接，所述第一分级放大器与所述第一低通滤波器连接，所述第一低通滤波器与所述第二分级放大器连接，所述第二分级放大器与所述第二低通滤波器连接，所述第二低通滤波器与所述第三分级放大器连接，所述第三分级放大器与所述第三低通滤波器连接，所述第一低通滤波器、所述第二低通滤波器以及所述第三低通滤波器分别与所述主控器连接。