CN109738338A - 一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械装备状态监测领域，具体涉及一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置及其检测方法，所述装置包括传感器，所述传感器包括第一磁极、大口径油管外侧平面槽、检测线圈、第二磁极、激励线圈；沿着机械设备润滑油路系统将油液引导通过一个大口径油管，使传感器两磁极与大口径油管外侧贴合，将传感器上的激励线圈与直流电源相连，所述检测线圈设置在大口径油管外表面，并将检测线圈与电压信号采集装置相连；本发明利用直流驱动传感器产生轴向高梯度静磁场，作为激励源，其抗干扰能力强，相较于采用高频激励的传统电感型传感，本发明驱动电路简单，且激励线圈的微小参数变化不会引起传感器输出的可观变化，因而，对传感器的制造精度要求不高。
Description
技术领域
本发明属于机械装备状态监测领域，具体涉及一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置及其检测方法。
背景技术
在线油液监测技术是一种重要的机械设备故障检测方法。机械设备在磨损、老化的过程中会产生微小的颗粒，这些颗粒将会存在于设备的润滑油路系统中，这会对机械设备产生相当大的危害。由于这些磨粒大部分是铁磁质颗粒，其中会携带着大量磨损烈度和磨损模式的大量有效信息，通过提取磨粒的浓度、磨粒的属性、尺寸和形态特征等信息，可以实时检测机械设备的运行情况,及时预报潜在的故障，避免灾难性损坏或者使处于正常运转的设备减少不必要的维修,从而增加产值和效益。
但目前已有的在线磨粒监测技术中，大多数基于电感检测原理的传感器都只能检测小口径的润滑油路，但是在实际生产活动中也需要在线检测大口径润滑油路中颗粒的信息。为此，提出了一种新的监测方法实现大口径有润滑油路中金属颗粒的在线监测。
发明内容
为在线监测大口径润滑油路中磨粒，并通过监测油液中金属颗粒的粒度分布、数量和铁磁特性，有效判断装备的健康状态，并进行故障诊断和剩余寿命预测，本发明提出一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置及其检测方法，所述装置包括传感器，包括传感器，所述传感器包括第一磁极1、第二磁极2、大口径油管、检测线圈4、激励线圈5；所述大口径油管中部的外表面设置有一个平面槽3，第一磁极1、第二磁极2的一端放置在平面槽3中；激励线圈5与电源相连，所述检测线圈4设置在大口径油管外表面，检测线圈4与电压信号采集装置相连；第一磁极1和第二磁极2之间有气隙，且第一磁极1与第二磁极2之间的气隙位于该平面槽3的中间。
进一步的，大口径油管的内径大于20mm。
进一步的，激励线圈5采用恒流驱动。
进一步的，第一磁极1和第二磁极2的上表面到大口径油管内壁的距离为1～5mm。
一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测方法，包括上述的基于轴向高梯度磁场的大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，利用该装置上的激励线圈，产生一个沿着大口径油管轴向高梯度静磁场，作为激励源；在高梯度磁场内，根据电磁感应原理，当油管内有金属颗粒通过高梯度磁场，会引起线圈磁通量的变化，通过检测线圈实时输出的感应电压信号，实现磨粒检测。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明利用直流驱动传感器产生轴向高梯度静磁场，作为激励源，其抗干扰能力强。相较于采用高频激励的传统电感型传感，本发明驱动电路简单，且激励线圈的微小参数变化不会引起传感器输出的可观变化，因而，对传感器的制造精度要求不高。
2、本发明的操作方法简单，将大量的磨粒信息转化为电压值，使测量更加精确。
3、传感器设置在大口径油管外部，安装与拆卸简单方便，结构紧凑，安全性高，应用范围广。
附图说明
图1、为本发明大口径润滑油路在线金属颗粒监测结构示意图；
图2、为传感器油管内气隙中心位置截面的磁场分布。
图3、为油管内的磁场分布示意图。
图4、材料为铜的颗粒通过油管时，感应电压的变化；
其中，1、第一磁极；2、第二磁极；3、大口径油管外侧平面槽；4、检测线圈；5、激励线圈。
具体实施方式
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。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。
在本实施例中，介绍一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，如图1，所述装置包括传感器，所述传感器包括第一磁极1、第二磁极2、大口径油管外侧平面槽3、检测线圈4、激励线圈5；沿着机械设备润滑油路系统将油液引导通过一个大口径油管，并使传感器两磁极与大口径油管外侧贴合，将传感器上的激励线圈5与直流电源相连，所述检测线圈设置在大口径油管外表面，并将检测线圈4与电压信号采集装置相连。
进一步的，大口径油管的内径大于20mm。
进一步的，激励线圈5采用恒流驱动。
进一步的，第一磁极1和第二磁极2的上表面到大口径油管内壁的距离为1～5mm。
实施例1
在上述基础上，本实施例介绍一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测检测方法，具体包括以下步骤：
沿着机械设备润滑油路系统将油液引导通过一个大口径油管，本实施例采用的大口径油管的尺寸为外径50mm×内径40mm×长度110mm，并使传感器两磁极与大口径油管外侧贴合，第一磁极和第二磁极的上表面到大口径油管内壁的距离为3mm；
将传感器上的激励线圈与直流电源相连，驱动电流为0.6A，利用直流信号驱动激励线圈，在传感器第一磁极和第二磁极之间产生一个沿着大口径油管轴向的高梯度静磁场，作为激励源；优选的激励线圈的匝数为2000匝；
在高梯度磁场内，将检测线圈设置在大口径油管外表面，并将检测线圈与电压信号采集装置相连，优选的，检测线圈的匝数为7000匝；根据电磁感应原理，当油管内有金属颗粒通过高梯度磁场时，检测线圈的磁通量发生改变，并在检测线圈内产生感应电压u：
其中，N为检测线圈的匝数，Δφ为轴向高梯度磁场回路的磁通量变化，Δt为磨粒的运动时间；根据上述公式可以计算出感应电压，通过现有的检测设备可以测量出该感应电压的大小，进而由检测线圈实时输出的感应电压信号，实现磨粒检测。
实施例2
在本实施1的基础上，为了说明传感器产生的磁场分布情况以及磨粒流过传感器时检测线圈内产生的感应电压情况，以运用Ansoft Maxwell对传感器进行了有限元分析，得到油管内的磁场分布情况，如图2和图3所示，由图3可知，磁场在油管纵向上的分布是不均匀的，呈高梯度变化，在两磁极气隙处的磁感应强度最大，离气隙处的越远，磁感应越弱。磨粒只有进入气隙附近的局部区域时，才会引起检测线圈的磁通量变化，这有助于提高磨粒分辨率。
假设一个1mm×1mm×1mm的铜颗粒以1m/s的速度匀速流过传感器时，对检测线圈的感应电压进行瞬态分析；模拟信号如图4所示，当磨粒靠近气隙区域时，感应电压先正向增加，当磨粒通过气隙中心位置后，感应电压迅速下降变为负电压，当磨粒远离气隙时，电压又变为0；即可通过感应电压的变化来判是否有磨粒通过。
本发明运用恒定电流驱动在大口径油管的纵向，靠近管壁的局部区域产生一个高梯度静磁场，局部区域即为第一磁极和第二磁极之间的额气隙处，当油管中的金属颗粒通过该磁场区域时，在感应线圈上会产生感应电压信号，从而实现大口径油管中的金属颗粒监测。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，其特征在于，包括传感器，所述传感器包括第一磁极(1)、第二磁极(2)、大口径油管、检测线圈(4)、激励线圈(5)；所述大口径油管中部的外表面设置有一个平面槽(3)，第一磁极(1)、第二磁极(2)的一端放置在平面槽(3)中；激励线圈(5)与电源相连，所述检测线圈(4)设置在大口径油管外表面，检测线圈(4)与电压信号采集装置相连；第一磁极(1)和第二磁极(2)之间有气隙，且第一磁极(1)与第二磁极(2)之间的气隙位于平面槽(3)的中间。
2.根据权利要求1所述的基于轴向高梯度磁场的大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，其特征在于，大口径油管的内径大于20mm。
3.根据权利要求1所述的基于轴向高梯度磁场的大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，其特征在于，激励线圈(5)采用恒流驱动。
4.根据权利要求1所述的基于轴向高梯度磁场的大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，其特征在于，第一磁极(1)和第二磁极(2)的上表面到大口径油管内壁的距离为1～5mm。
5.一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测方法，其特征在于，包括权利要求1～4任一所述的一种大口径润滑油路在线金属颗粒监测装置，利用该装置上的激励线圈，在第一磁极(1)和第二磁极(2)的气隙处产生一个沿着大口径油管轴向的高梯度静磁场，作为激励源；在高梯度磁场内，根据电磁感应原理，当油管内有金属颗粒通过高梯度磁场，引起线圈磁通量的变化，通过检测线圈实时输出的感应电压信号，实现磨粒检测。
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