CN108844867A - 基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法。为了克服现有技术中多通道电感检测系统庞大、检测效果差、不能满足实际检测应用需求的问题，本发明提出了一种基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法，仅利用一路正弦波激励信号和一套信号采集和处理装置实现对两路检测传感器的同时检测。在实际应用中，相比于单通道检测，双通道同时检测可以提高被检测润滑油流量，而且双通道两路检测电路上不同内径尺寸的电感线圈也可以实现对不同尺寸范围的颗粒进行更为准确的检测。本发明检测装置简单，检测结果可靠。适于在金属微颗粒的电感检测领域及其他检测领域推广使用。

Description

基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法

技术领域

本发明涉及金属微颗粒的电感检测和信号处理领域，特别涉及一种基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法。

背景技术

利用电感检测法对润滑油中磨损磨粒进行准确检测是实现对机械设备磨损状态监控、实现故障预诊断和预防性维修的关键。相关研究发现，利用电感法检测润滑油中磨粒时，电感线圈的内径越小，检测精度和检测灵敏度越高。为了获得较高的检测精度和灵敏度，在实际应用中，通常利用较小内径的电感线圈，但是较小内径的电感线圈既限制了大颗粒的通过又限制了检测流量的增加。为了扩大电感法检测颗粒的粒径范围和润滑油流量，多个研究团队设计了基于频率划分、时分复用、并联电路等技术的多通道检测电路。但是目前的多通道检测技术检测系统庞大、检测效果不好，不能很好地满足实际应用的需求。

发明内容

为了克服现有技术中多通道电感检测系统庞大、检测效果差、不能满足实际检测应用需求的问题，本发明提出了一种基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置及方法，该装置及方法可以仅利用一路正弦波激励信号和一套信号采集和处理装置实现对两路检测传感器的同时检测。在实际应用中，相比于单通道检测，双通道同时检测可以提高被检测润滑油流量，而且双通道两路检测电路上不同内径尺寸的电感线圈也可以实现对不同尺寸范围的颗粒进行更为准确的检测。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，其特征在于，包括信号源、分信号模块、移相模块、检测传感器模块、信号截取模块、信号合成模块和信号采集处理模块，其中：

信号源用于产生正弦波激励信号；

分信号模块接收信号源产生的正弦波激励信号，并将激励信号源的信号分成两路相同的正弦波激励信号；分信号模块包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接两个输出口，用以输出两路幅值、频率、相位相同的正弦波激励信号给移相模块和检测传感器模块；

移相模块包括一个反相放大电路，反相放大电路将接收分信号模块输出的一路正弦波激励信号进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号与处理前的正弦波激励信号的初始相位相差π；

检测传感器模块包括两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收分信号模块输出的正弦波激励信号和移相模块反相处理后的正弦波激励信号，每个传感器包括电感电容并联谐振电路，电感线圈是由电感和电阻串联组成的电路，电感线圈与电容组成的并联谐振电路；

进一步地，所述的每个传感器包括电感电容并联谐振电路和反相放大电路，电感电容并联谐振电路的阻抗以反相放大方式输出；电感电容并联谐振电路跨接在反相放大电路的运算放大器输出端和反相输入端之间。

进一步地，所述的检测传感器模块的两个传感器的电感线圈采用相同的规格尺寸，两个电感线圈分别与电容值相同的电容并联形成两个相同的并联谐振电路，保证两个传感器具有相同的检测灵敏度。

信号截取模块包括两个二极管，分别对应接收检测传感器模块输出的两路正弦波信号，两个二极管具有单向导通作用，使经过信号截取模块的正弦波信号只保留正半周信号；

进一步地，所述的二极管为具有快恢复特性的检波二极管。

信号合成模块包括一个求和电路，接收信号截取模块截取后的两路只保留正半周期信号的正弦波信号，并将其合成一路输出信号；

信号采集处理模块包括信号采集卡，采用同步采样方法，信号采集卡和激励信号源工作在同一基准时钟下，调节信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，并通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集到合成的输出信号的正弦波的峰值，采集后的正弦波信号根据需求进行分析处理。

基于移相技术的双通道电感传感器同时检测方法，通过信号源发出的正弦波激励信号作用于负载有待检测物质的两个传感器上，其特征在于，步骤如下：

(1)分信号

将信号源的激励信号分成相同的两路相同的正弦波激励信号；

(2)移相处理

将分信号处理后的一路正弦波激励信号进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号与处理前的正弦波激励信号的初始相位相差π；

(3)传感器检测

两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收分信号输出的一路正弦波激励信号和移相处理后的另一路正弦波激励信号，检测待检测物质信号；

(4)信号截取

分别对应接收检测传感器输出的两路正弦波信号，并截取两路正弦波信号只保留正半周信号；

(5)信号合成

将两路只保留正半周期信号的正弦波信号合成一路输出信号；

(6)信号采集处理

采用同步采样方法采集合成后的一路输出信号，信号采集卡和信号源工作在同一基准时钟下，使信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集两路传感器输出的正弦波信号，提取两路传感器输出正弦波信号的峰值，根据需求进行分析处理。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明利用一路正弦波激励信号和一套信号采集和处理装置实现对两路检测传感器的同时检测，降低了检测成本；在实际应用中，双通道同时检测较单通道检测可以提高被检测润滑油流量，此外，两路检测电路上不同内径尺寸的电感线圈也可以实现对不同尺寸范围的颗粒进行更为准确的检测。本发明检测装置简单，检测结果可靠，适于在金属微颗粒的电感检测领域及其他检测领域推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置的结构示意图；

图2是基于移相技术的双通道电感传感器同时检测方法的信号处理过程原理图；

图中：1信号源；2分信号模块；3移相模块；4检测传感器模块；5信号截取模块；6信号合成模块；7信号采集处理模块；8信号源信号；9分信号一；10分信号二；11未移相的分信号一；12移相后的分信号二；13正向截取的分信号一；14正向截取的分信号二；15合成信号；16第一路传感器输出信号；17第二路传感器输出信号。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，包括信号源1、分信号模块2、移相模块3、检测传感器模块4、信号截取模块5、信号合成模块6和信号采集处理模块(DAQ)7；信号源1连接分信号模块2，分信号模块2连接两路输出电路，其中一路电路直接连接检测传感器模块4和信号截取模块5，另一路电路连接移相模块3后依次连接检测传感器4和信号截取模块5，两条电路连接于信号合成模块6，信号合成模块6经一个信号输出电路与信号采集处理模块7相连接；

信号源1是一个正弦波激励信号发生装置，本实施例总采用NI公司PXI-5441类型的波形发生器，用于产生正弦波激励信号；

分信号模块2接收信号源产生的正弦波激励信号，分信号模块2包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接两个输出口，用以输出两路幅值、频率、相位相同的正弦波激励信号给移相模块和检测传感器模块；

移相模块3包括一个反相放大电路，反相放大电路将接收分信号模块2输出的一路正弦波激励信号进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号与处理前的正弦波激励信号的初始相位相差π；

检测传感器模块4包括两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收分信号模块2输出的正弦波激励信号和移相模块3反相处理后的正弦波激励信号，每个传感器包括电感电容并联谐振电路和反相放大电路，电感电容并联谐振电路跨接在反相放大电路的运算放大器输出端和反相输入端之间，电感电容并联谐振电路的阻抗以反相放大方式输出；输出信号幅值的变化量ΔV_out正比于电感电容并联谐振电路阻抗变化量ΔZ：

每个传感器中，电感线圈是由电感和电阻串联组成的电路，电感线圈与电容组成的并联谐振电路；两个传感器的电感线圈采用相同的规格尺寸，两个电感线圈分别与电容值相同的电容并联形成两个相同的并联谐振电路，保证两个传感器具有相同的检测灵敏度；

信号截取模块5包括两个具有快恢复特性的检波二极管，分别对应接收检测传感器模块4输出的两路正弦波信号，两个具有快恢复特性的检波二极管具有单向导通作用，使经过信号截取模块5的正弦波信号只保留正半周信号；

信号合成模块6为一个求和电路，接收信号截取模块5截取后的两路只保留正半周期信号的正弦波信号，并将其合成一路输出信号；

信号采集处理模块7包括信号采集卡，本实施例钟采集卡使用NI PXIe-6124采集卡采用同步采样方法采集信号合成模块6输出的合成一路输出信号，信号采集卡和激励信号源工作在同一基准时钟下，调节信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，并通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集到合成的输出信号的正弦波的峰值，采集后的正弦波信号根据需求进行分析处理。

如图2所示，基于移相技术的双通道电感传感器同时检测方法，通过信号源发出的正弦波激励信号作用于负载有待检测油液中的金属颗粒的两个传感器上，检测步骤如下：

(1)分信号

信号源信号产生的正弦激励信号8，将正弦激励信号8分成相同的两路相同的正弦波激励信号分信号一9和分信号二10；

(2)移相处理

将分信号二10进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号即移相后的分信号二12与处理前的分信号二10的初始相位相差π，移相后的分信号二12与未移相处理的分信号一11的初始相位相差π；

(3)传感器检测

两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收移相后的分信号二12与未移相处理的分信号一11；

(4)信号截取

分别对应接收检测传感器输出的两路正弦波信号，并截取两路正弦波信号只保留正半周信号，得到正向截取的分信号一13和正向截取的分信号二14；

(5)信号合成

将正向截取的分信号一13和正向截取的分信号二14合成一路输出信号，得到合成信号15；

(6)信号采集处理

采用同步采样方法采集合成后的一路输出信号，信号采集卡和信号源工作在同一基准时钟下，使信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集到第一路传感器输出信号16和第二路传感器输出信号17，第一路传感器输出信号16是第一路检测传感器的峰值信号，第二路传感器输出信号17是第二路检测传感器的峰值信号，第一路传感器输出信号16和第二路传感器输出信号17被处理成一个图像进行显示，这个图像是传感器的输出曲线，通过检测曲线的脉冲信号就可以获得油液中的金属颗粒的尺寸和数量，在结合油液的流速能计算出颗粒的浓度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，其特征在于，包括信号源、分信号模块、移相模块、检测传感器模块、信号截取模块、信号合成模块和信号采集处理模块，其中：

信号源用于产生正弦波激励信号；

分信号模块接收信号源产生的正弦波激励信号，并将激励信号源的信号分成两路相同的正弦波激励信号；分信号模块包括一电压跟随器，用以消除负载变化对激励信号源输出信号的影响，起到稳定信号源输出信号幅值的作用，所述电压跟随器连接两个输出口，用以输出两路幅值、频率、相位相同的正弦波激励信号给移相模块和检测传感器模块；

移相模块包括一个反相放大电路，反相放大电路将接收分信号模块输出的一路正弦波激励信号进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号与处理前的正弦波激励信号的初始相位相差π；

检测传感器模块包括两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收分信号模块输出的正弦波激励信号和移相模块反相处理后的正弦波激励信号，每个传感器包括电感电容并联谐振电路，电感线圈是由电感和电阻串联组成的电路，电感线圈与电容组成的并联谐振电路；

信号截取模块包括两个二极管，分别对应接收检测传感器模块输出的两路正弦波信号，两个二极管具有单向导通作用，使经过信号截取模块的正弦波信号只保留正半周信号；

信号合成模块包括一个求和电路，接收信号截取模块截取后的两路只保留正半周期信号的正弦波信号，并将其合成一路输出信号；

信号采集处理模块包括信号采集卡，采用同步采样方法，信号采集卡和激励信号源工作在同一基准时钟下，调节信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，并通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集到合成的输出信号的正弦波的峰值，采集后的正弦波信号根据需求进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，其特征在于，所述检测传感器模块的每个传感器包括电感电容并联谐振电路和反相放大电路，电感电容并联谐振电路的阻抗以反相放大方式输出；电感电容并联谐振电路跨接在反相放大电路的运算放大器输出端和反相输入端之间。

3.根据权利要求2所述的基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，其特征在于，所述检测传感器模块的两个传感器的电感线圈采用相同的规格尺寸，两个电感线圈分别与电容值相同的电容并联形成两个相同的并联谐振电路，保证两个传感器具有相同的检测灵敏度。

4.根据权利要求1所述的基于移相技术的双通道电感传感器同时检测装置，其特征在于，所述信号截取模块的二极管为具有快恢复特性的检波二极管。

5.基于移相技术的双通道电感传感器同时检测方法，通过信号源发出的正弦波激励信号作用于负载有待检测物质的两个传感器上，其特征在于，步骤如下：

(1)分信号

将信号源的激励信号分成相同的两路相同的正弦波激励信号；

(2)移相处理

将分信号处理后的一路正弦波激励信号进行反相处理，反相处理后的正弦波激励信号与处理前的正弦波激励信号的初始相位相差π；

(3)传感器检测

两个负载有待检测物质的传感器，分别对应接收分信号输出的一路正弦波激励信号和移相处理后的另一路正弦波激励信号，检测待检测物质信号；

(4)信号截取

分别对应接收检测传感器输出的两路正弦波信号，并截取两路正弦波信号只保留正半周信号；

(5)信号合成

将两路只保留正半周期信号的正弦波信号合成一路输出信号；

(6)信号采集处理

采用同步采样方法采集合成后的一路输出信号，信号采集卡和信号源工作在同一基准时钟下，使信号采集卡的采集频率二倍于信号源的信号产生频率，通过调节信号采集卡的采样时钟的相位采集两路传感器输出的正弦波信号，提取两路传感器输出正弦波信号的峰值，根据需求进行分析处理。