CN108225988A - 一种基于调幅波解调的滑油金属屑传感器信号处理方法 - Google Patents
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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，基于调幅波解调原理对滑油金属屑传感器输出信号进行处理。本发明通过带通滤波器消弱传感器输出信号中的干扰，然后通过乘法器和高增益负反馈低通滤波器完成对信号的解调放大，CPU处理器再将采集到的信号进行处理，识别出金属屑类型，计算出颗粒大小，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。本发明具有对动力传动系统滑油金属屑传感器信号测量精度高、计算简单的优点，可用于动力传动系统滑油金属屑类型识别和颗粒大小检测。
Description
技术领域
本发明属于轴承、齿轮润滑油路监测技术领域，具体的说是一种滑油金属屑传感器信号处理方法。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，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，最大优点为可以实时、全金属颗粒检测。
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。
发明内容
本发明的目的在于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，来分析动力传动系统的健康状况。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
滑油金属屑传感器信号处理方法包括金属屑激励信号电路、金属屑信号调理电路、金属屑颗粒识别及大小计算方法和维修提醒诊断单元。
金属屑激励信号电路用来产生传感器工作所需的满足幅值和频率要求的正弦(或者三角波)激励信号。
金属屑信号调理电路利用带通滤波器、乘法器和高增益负反馈低通滤波器对传感器输出信号进行解调放大，并将解调放大后的信号进行采集，转换为数字信号。
金属屑颗粒识别及大小计算方法，根据采集到的数字信号和传感器特性参数识别颗粒类别，计算金属颗粒大小。
维修提醒诊断功能，根据分析和统计到的金属屑颗粒类别及大小参数结合被测齿轮、轴承系统特征给出系统磨损状态。
所述的滑油金属屑传感器信号处理计算方法，其具体工作过程如下描述：
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，信号经过滤波和驱动后输出给传感器，传感器根据滑油中的颗粒信息产生对应的输出信号，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；
步骤2：金属屑信号调理单元利用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对传感器输出信号进行解调放大，并将解调放大后的信号进行采集，转换为数字量信号；
步骤3：处理单元根据传感器铁磁和非铁磁颗粒通过特性，结合采集到的数字信号，识别出颗粒类别并计算颗粒大小。具体方法为，标记在一定时间2t范围内(结合滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器线圈有效长度L计算)，采集到信号的正最大值Amax、负最小值Amin及所在相对位置Nmax、Nmin、他们之间零点位置Nzero，如果满足以下三个条件，则判断信号有效，①信号的周期(其中fs为采样频率)必须在流速所对应周期的范围内，②信号的正半边和负半边时间长度基本一致，③采集到信号的正最大值Amax和负最小值Amin的绝对值大小基本一致。再根据正最大值Amax正比与颗粒大小，Nmax大于Nmin则为铁磁颗粒，否则为非铁磁颗粒。
步骤4：对收集到的颗粒信息进行累计叠加，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，再结合被测齿轮、轴承特征给出系统磨损状态。
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；
采用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对信号进行解调能够较好的还原颗粒信息，再通过判断信号有效的三个条件可以减小噪音引起误判，提高了系统的可信度。
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解调放大采集结果示意图；
其中上方为未解调铁磁颗粒对应信号，下方为解调后信号
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；
其中上方为未解调非铁磁颗粒对应信号，下方为解调后信号
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解调信号，第三为非铁磁颗粒未解调信号，第四实线为铁磁颗粒对应未解调信号，虚线为铁磁颗粒对应解调后信号，最下方实线为非铁磁颗粒对应未解调信号，虚线为非铁磁颗粒对应解调后信号
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：
请同时参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，其中，图1是本发明的功能原理框图，图2是传感器激励信号(正弦)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解调结果示意图，图6是非铁磁颗粒经过传感器输出信号解调结果示意图，图7是铁磁和非铁磁颗粒经过传感器输出信号解调结果对比示意图。
步骤1：激励信号发生单元用于产生传感器所需的正弦信号，其中CPU单元输出方波信号，经过滤波后产生正弦信号，再经过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：金属屑信号调理单元利用带通滤波器、乘法器和高增益负反馈低通滤波器对传感器输出信号进行解调放大，其中乘法器使用的解调用载波信号与传感器激励信号同频率正弦信号，相位差根据传感器特性进行适当调整，再将解调放大后的信号进行采集，转换为数字量信号；
步骤3：CPU处理单元根据传感器铁磁和非铁磁颗粒通过特性，结合采集到的数字信号，识别出颗粒类别并计算颗粒大小。具体方法为，标记在一定时间2t范围内(结合滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器线圈有效长度L计算)，采集到信号的正最大值Amax、负最小值Amin及所在相对位置Nmax、Nmin、他们之间零点位置Nzero，如果满足以下三个条件，则判断信号有效，①信号的周期(其中fs为采样频率)必须在流速所对应周期的范围内，②信号的正半边和负半边时间长度基本一致，③采集到信号的正最大值Amax和负最小值Amin的绝对值大小基本一致。再根据正最大值Amax正比与颗粒大小，计算出颗粒大小，如果Nmax大于Nmin则为铁磁颗粒，否则为非铁磁颗粒。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)
1.一种基于调幅波解调的滑油金属屑传感器信号处理方法，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：金属屑信号调理单元利用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对传感器输出信号进行解调放大，并将解调放大后的信号进行采集，转换为数字量信号，采集频率fs由滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器线圈有效长度L共同确定；
步骤3：CPU处理器根据采集得到的数字信号，利用铁磁和非铁磁颗粒通过传感器的不同特性，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所述的滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：所述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所述的滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：所述fs＝(5～10)/t，
4.根据权利要求1所述的滑油金属屑参数检测方法，其特征在于：
所述步骤1按照以下方式标记数字信号并识别信号有效性：标记在一定时间2t范围内(结合滑油流速Qv、传感器内径尺寸D和传感器线圈有效长度L计算)，采集到信号的正最大值Amax、负最小值Amin及所在相对位置Nmax、Nmin、他们之间零点位置Nzero，如果满足以下三个条件，则判断信号有效，①信号的周期(其中fs为采样频率)必须在流速所对应周期的范围内，②信号的正半边和负半边时间长度基本一致，③采集到信号的正最大值Amax和负最小值Amin的绝对值大小基本一致；
所述步骤2按照以下方式识别出颗粒类别并计算颗粒大小：Nmax大于Nmin则为铁磁颗粒，否则为非铁磁颗粒；根据正最大值Amax正比与颗粒大小，求解颗粒大小。
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