CN109579894A - 一种滑油金属屑末传感器的标定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑油金属屑末传感器的标定方法及系统，通过给待标定滑油金属屑末传感器施加激励；获取待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号；根据已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。本发明采用直径大，易获取，价格便宜的大颗粒金属球作为标定颗粒，大幅节省时间、经济及技术成本，使用大颗粒标定金属球结合数据处理模型进行标定，解决了信号处理电路与传感器实际性能不匹配的问题，避免了滑油金属屑末颗粒传感器的监测能力被低估，从而为信号电路设计提供了输入，大幅提高了传感器的颗粒分辨能力。

Description

一种滑油金属屑末传感器的标定方法及系统
技术领域
本发明涉及设备磨损故障诊断检测领域，具体涉及一种滑油金属屑末传感器的标定方法及系统。
背景技术
在发动机、轴承、齿轮等的运转过程中，为降低磨损损耗，往往需要配置滑油系统。经验表明，设备磨损部件(如发动机、滚动轴承、齿轮等)的损伤程度与润滑系统里的颗粒物之间具有强烈的关联性。因此，为了评估设备的磨损情况，常常会在滑油系统中加装滑油金属屑末传感器。为了对设备的整个磨损过程进行监测，滑油金属屑末传感器必须能够分辨及其微小的颗粒，若假设金属颗粒为球体，其直径在几十到数百微米之间。
微小颗粒的金属屑末给金属屑末传感器的标定造成了极大困难：首先，微小的标准金属小球难以获得；其次，为准确标定传感器的性能，需要不同尺寸的金属颗粒，种类繁多；再次，当金属微粒很小时，金属微粒容易发生团聚现象，难以将它们分散并一一通过传感器内管，所以无法实现滑油金属屑末传感器的定量标定；最后滑油金属屑末传感器的分辨能力与信号处理电路可能不匹配，导致所设计传感器的实际性能被低估。
发明内容
因此，本发明提供一种滑油金属屑末传感器的标定方法及系统，克服了现有技术中易对滑油金属屑末传感器性能的误判的不足，能方便快速地实现滑油金属屑末传感器的标定。
本发明实施例提供一种滑油金属屑末传感器的标定方法，包括如下步骤：给待标定滑油金属屑末传感器施加激励；获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号；根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。
优选地，上述的滑油金属屑末传感器的标定方法，还包括：根据所述预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征；将所述预设不同直径范围的金属球的输出信号特征组成的特征表作为标定结果。
优选地，通过以下步骤构建所述预设的数据处理模型：采集实验滑油金属屑末传感器根据不同预设直径的测试金属球输出的第一输出信号；根据所述不同预设直径测试金属球与对应的第一输出信号建立滑油金属屑末传感器的所述预设的数据处理模型。
优选地，所述预设的数据处理模型为：
E＝kra 3，
其中，ra为所述测试金属球的直径，E为所述测试金属球通过滑油金属屑末传感器的输出电压，k为所述灵敏度特征参数。
优选地，在所述获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：对所述第二输出信号进行滤波处理。
优选地，在对所述第二输出信号进行滤波处理的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：对所述第二输出信号进行放大处理。
优选地，在所述获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：对所述第二输出信号进行放大处理。
优选地，所述测试金属球以自由落体运动或匀速运动的形式，通过所述待标定滑油金属屑末传感器的过油管道。
本发明实施例提供一种滑油金属屑末传感器的标定系统，包括：电源模块，用于给待标定滑油金属屑末传感器施加激励；信号采集模块，用于获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号；数据处理模块，用于根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。
优选地，上述的滑油金属屑末传感器的标定系统，还包括：标定结果输出模块，用于根据所述预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征，将所述预设不同直径范围的金属球的输出信号的特征组成特征表作为标定结果。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的滑油金属屑末传感器的标定方法及系统，采用直径大，易获取，价格便宜的大颗粒金属球作为标定颗粒，大幅节省时间、经济及技术成本，使用大颗粒标定金属球结合数据处理模型进行标定，解决了信号处理电路与传感器实际性能不匹配的问题，避免了滑油金属屑末颗粒传感器的监测能力被低估，从而为信号电路设计提供了输入，大幅提高了传感器的颗粒分辨能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的滑油金属屑末传感器的标定方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例提供的金属球通过滑油金属屑末传感器的示意图；
图3为本发明提供的滑油金属屑末传感器的标定方法的另一个具体示例的流程图；
图4为本发明提供的滑油金属屑末传感器的标定系统一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种滑油金属屑末传感器的标定方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1:给待标定滑油金属屑末传感器施加激励。
本发明实施例中，被标定滑油金属屑末传感器可以是任何使用电感类传感器原理实现滑油品质检测的传感器。无论是传统双激励线圈方案，还是新型偶数感应线圈方案，无论电路处理模块内置还是外置，都可以用本发明实施例提供的方法进行标定。
步骤S2:获取待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号。
本发明实施例中，给待标定滑油金属屑末传感器接通线路并施加激励后，如图2所示，让大颗粒标准金属球10通过待标定滑油金属屑末传感器20的过油管30，金属球的运动方式以方便快速进行滑油金属屑末传感器标定为原则，根据实际工程的需要的环境，可以以自由落体方式通过，也可以以匀速运动方式通过。利用示波器或其他数据采集系统获取待标定滑油金属屑末传感器的输出信号特征，包括电压的峰峰值、脉冲宽度等。
本发明实施例中，可使用任何可通过待标定滑油金属屑末传感器通油管的大直径金属球作为标定物，以方便获取和价格便宜为原则即可。金属球材质包括铁磁性材质和非铁磁性两种，同样以方便获取和价格便宜为原则；常用的铁磁性标定金属球材质包括但不限于铸铁，电工纯铁，坡莫合金，低碳钢，马氏体不锈钢等；常用的非铁磁性标定金属球材质包括但不限于奥氏体不锈钢，铝合金，镁合金，钛合金等。
步骤S3:根据已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。
本发明实施例中，将上述获得的滑油金属屑末传感器输出信号特征及测试的金属球直径输入预设的数据处理模型，可以获取该滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，相同直径的铁磁性材质金属球和非铁磁性材质金属球，对应待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数不同。
本发明实施例中，可通过以下过程构建上述预设的数据处理模型：通过采集实验滑油金属屑末传感器根据不同预设直径的测试金属球输出的第一输出信号，根据不同预设直径测试金属球与对应的第一输出信号建立滑油金属屑末传感器的数据处理模型。
本发明实施例中，通过大量不同预设直径测试金属球及与其对应的输出电压信号进行有限元仿真，获得数据处理模型为：
E＝kra 3，
其中，ra为测试金属球的直径，E为测试金属球通过滑油金属屑末传感器的输出电压，k为灵敏度特征参数。
通过数据处理模型可以说明滑油金属屑末传感器的输出电压与金属球半径的三次方成正比。其中，灵敏度特征参数主要是由每个滑油金属屑末传感器的激励电压、激励线圈电阻、激励线圈电感以及激励频率激励线圈与感应线圈匝数激励线圈轴向长度和半径等滑油金属屑末传感器本身具体的结构组成参数共同决定的，来表示其测试金属球的性能，因此每个滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数有所不同。
本发明实施例中，为了验证数据处理模型得出的结论，用直径1mm的铁磁小球与600um的铁磁小球做对比，如表1所示，理论与实测结果的偏差仅为2.6％，因此可以用该数据处理模型来估算不同直径铁磁小球通过传感器的电压输出。理论与实测结果形成偏差的原因有：铁磁小球并非标准球体，铁磁小球下落位置略有不同，示波器的截断误差，读数误差等。
表1
在一较佳实施例中，如图3所示，上述的滑油金属屑末传感器的标定方法在执行完步骤S3后，还包括以下步骤:
步骤S4:根据预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征。
本发明实施例中，可以通过但是不限于内置MCU、内置DSP、PC端处理或人工处理，根据预设的数据处理模型和待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，估算不同直径的金属球的输出信号特征。
步骤S5:将预设不同直径范围的金属球的输出信号特征组成的特征表作为标定结果。
本发明实施例中，将预设不同直径范围的金属球的输出信号特征组成的特征表，作为该滑油金属屑末传感器的标定结果。如表2所示，测试金属球的直径为600um，测试的输出电压为8.4V，结合预设的数据处理模型，预测当目标测试金属球直径为50-600um(不以此为限)时，该滑油金属屑末传感器的输出电压。
表2
在一较佳实施例中，上述的滑油金属屑末传感器的标定方法，在执行步骤S2获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号后，还包括，对第二输出信号进行放大处理，可以更好的采集输出的电压信号。
在另一较佳实施例中，上述的滑油金属屑末传感器的标定方法，在执行步骤S2获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号后，还包括，对第二输出信号进行滤波及放大处理，即，在将滑油金属屑末传感器输出的电压信号进行滤波去除噪声后，再进行放大处理，可以更好的采集输出的电压信号。
本发明实施提供的滑油金属屑末传感器的标定方法，采用直径大，易获取，价格便宜的大颗粒金属球作为标定颗粒，大幅节省时间、经济及技术成本，使用大颗粒标定金属球结合数据处理模型进行标定，解决了信号处理电路与传感器实际性能不匹配的问题，避免了滑油金属屑末颗粒传感器的监测能力被低估，从而为信号电路设计提供了输入，大幅提高了传感器的颗粒分辨能力。
实施例2
本发明实施例提供一种滑油金属屑末传感器的标定系统，如图4所示，包括：
电源模块1，用于给待标定滑油金属屑末传感器施加激励。此模块执行实施例1中步骤S1所述的方法，在此不再赘述。
信号采集模块2，用于获取待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号。此模块执行实施例1中步骤S2所述的方法，同时还可对第二输出信号进行滤波和放大处理，在此不再赘述。
数据处理模块3，用于根据已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设数据处理模型确定待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。此模块执行实施例1中步骤S3所述的方法，在此不再赘述。
标定结果输出模块4，用于根据预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征，将预设不同直径范围的金属球的输出信号的特征组成特征表作为标定结果。此模块执行实施例1中步骤S4-步骤S5所述的方法，在此不再赘述。
本发明实施提供的滑油金属屑末传感器的标定系统，采用直径大，易获取，价格便宜的大颗粒金属球作为标定颗粒，大幅节省时间、经济及技术成本，使用大颗粒标定金属球结合数据处理模型进行标定，解决了信号处理电路与传感器实际性能不匹配的问题，避免了滑油金属屑末颗粒传感器的监测能力被低估，从而为信号电路设计提供了输入，大幅提高了传感器的颗粒分辨能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
给待标定滑油金属屑末传感器施加激励；
获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号；
根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。
2.根据权利要求1所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，还包括：
根据所述预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征；
将所述预设不同直径范围的金属球的输出信号特征组成的特征表作为标定结果。
3.根据权利要求1所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，通过以下步骤构建所述预设的数据处理模型：
采集实验滑油金属屑末传感器根据不同预设直径的测试金属球输出的第一输出信号；
根据所述不同预设直径测试金属球与对应的第一输出信号建立滑油金属屑末传感器的所述预设的数据处理模型。
4.根据权利要求1所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，所述预设的数据处理模型为：
E＝kra 3，
其中，ra为所述测试金属球的直径，E为所述测试金属球通过滑油金属屑末传感器的输出电压，k为所述灵敏度特征参数。
5.根据权利要求1所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，在所述获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：
对所述第二输出信号进行滤波处理。
6.根据权利要求5所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，在对所述第二输出信号进行滤波处理的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：
对所述第二输出信号进行放大处理。
7.根据权利要求1所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，
在所述获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号的步骤之后、及所述根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数的步骤之前，还包括：
对所述第二输出信号进行放大处理。
8.根据权利要求1-7任一所述的滑油金属屑末传感器的标定方法，其特征在于，所述测试金属球以自由落体运动或匀速运动的形式，通过所述待标定滑油金属屑末传感器的过油管道。
9.一种滑油金属屑末传感器的标定系统，其特征在于，包括：
电源模块，用于给待标定滑油金属屑末传感器施加激励；
信号采集模块，用于获取所述待标定滑油金属屑末传感器根据已知直径的测试金属球输出的第二输出信号；
数据处理模块，用于根据所述已知直径的测试金属球的直径、第二输出信号及预设的数据处理模型确定所述待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数。
10.根据权利要求9所述的滑油金属屑末传感器的标定系统，其特征在于，还包括：
标定结果输出模块，用于根据所述预设的数据处理模型及待标定滑油金属屑末传感器的灵敏度特征参数，获取预设不同直径范围的金属球的输出信号特征，将所述预设不同直径范围的金属球的输出信号的特征组成特征表作为标定结果。
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