CN109916786B

CN109916786B - 一种双线圈电感式磨粒监测装置及其制作方法

Info

Publication number: CN109916786B
Application number: CN201910253137.0A
Authority: CN
Inventors: 张洪朋; 史皓天; 马来好; 王文琪; 孙广涛
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: CN109916786A

Abstract

本发明提供一种平面电感式磨粒监测装置及其制作方法，包括传感装置、激励‑检测单元以及数据处理单元；传感装置、激励‑检测单元以及数据处理单元实现电连接；使用时，所述激励‑检测单元对平面电感线圈施加交流电激励，并检测平面电感线圈测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元，数据处理单元对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。本发明装置两个平面电感线圈分别紧密贴合在环状硅钢片的上表面和下表面，大幅度提高了检测区域的磁场，从而使其检测精度显著提高，可成功检测到30微米的铁颗粒和100微米的铜颗粒，对现有电感式磨粒监测具有一定的意义，可以对机器设备进行更为精确的故障预防与诊断。

Description

一种双线圈电感式磨粒监测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及设备油液系统故障检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种双线圈电感式磨粒监测装置及其制作方法。

背景技术

液压系统故障是由于液压油的污染造成的，液压油中污染物主要为运动副摩擦所产生的金属磨粒。金属磨粒的种类、数量和尺寸饱含液压系统的工作状态的各类信息，可用于诊断系统故障。目前对金属磨粒的检测以电感法为主，其可以对液压油中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒进行区分检测。然而现有的电感式磨粒监测装置的检测精度较低，大多数都只能检测到50微米的铁颗粒和120微米的铜颗粒。如何才能提高电感式磨粒检测装置的检测精度已成为一研究热点。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种双线圈电感式磨粒监测装置，相比现有的电感式磨粒监测装置，其检测精度有了显著的提高，可以对液压油中的小尺寸磨粒进行检测区分。其可以检测到30微米的铁颗粒和100微米的铜颗粒。

本发明采用的技术手段如下：

一种双线圈电感式磨粒监测装置，包括传感装置、激励-检测单元以及数据处理单元；所述传感装置、激励-检测单元以及数据处理单元实现电连接；

使用时，所述激励-检测单元对平面电感线圈施加交流电激励，并检测平面电感线圈测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元，数据处理单元对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。

进一步地，所述数据处理单元为装有数据处理程序的计算机或芯片。

进一步地，所述传感装置主要由锥形流道入口、流道、传感单元、基底、模型材料和流道出口组成；所述传感装置通过模型材料固定在基底上，所述流道一端设置有锥形流道入口，另一端设置有流道出口，所述流道垂直通过传感单元的中心孔。

进一步地，所述传感单元主要由两个平面电感线圈和环状硅钢片组成，所述两个平面电感线圈分别紧密贴合在环状硅钢片的上表面和下表面，所述流道从平面电感线圈和环状硅钢片的中心孔垂直穿过。

进一步地，所述两个平面电感线圈均由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，所述流道直径为300-2000微米。

进一步地，所述环状硅钢片的内径、外径尺寸与两个平面电感线圈保持一致，厚度为50-2000微米，环状硅钢片也可由其他导电软磁性物质代替。

本发明还提供了一种双线圈电感式磨粒监测装置的制作方法，包括如下步骤：

S1：使用胶水将两个同等尺寸的平面电感线圈紧密粘贴在环状硅钢片的上表面和下表面，将一铜杆垂直通过平面电感线圈和环状硅钢片的中心孔，并与锥形流道入口模具连接固定在基底上；将两个平面电感线圈的四个引线端分别与绝缘导线焊接，形成模具基底；

S2：向上述模具基底灌注模型材料，将其放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S3：将铜杆从加热固化好的模型材料中抽出，形成流道；并用打孔器在流道另一端打孔制作流道出口；

S4：通过绝缘导线将两个平面电感线圈的引线端与激励-检测单元连接，给平面电感线圈施加交流电激励，对电感信号进行检测，并通过模数转换器将其电感信号数据传递给数据处理单元，分析得出通过检测装置的磨粒信息。

进一步地，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步地，所述铜杆的直径为300-2000微米；所述基底的材料为玻璃或其他受热不易变形材料。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的双线圈电感式磨粒监测装置，通过将两个平面电感线圈分别紧密贴合在环状硅钢片的上表面和下表面，大幅度提高了检测区域的磁场，从而使其检测精度显著提高。

2、本发明的双线圈电感式磨粒监测装置，有效的检测到了尺寸为30微米的铁颗粒和尺寸为100微米的铜颗粒。

基于上述理由本发明可在油液系统故障检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明检测装置结构图。

图2为本发明传感单元结构图。

图3为本发明检测装置及其传感单元的系统图。

图4是本发明实现的对30-40微米铁颗粒的电感检测信号图。

图5是本发明实现的对100-110微米铜颗粒的电阻检测信号图。

图中：1、锥形流道入口；2、流道；3、传感单元；4、流道出口；5、模型材料；6、基底；7、平面电感线圈；8、环状硅钢片；9、激励-检测单元；10、数据处理单元。

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

本发明提供了一种双线圈电感式磨粒监测装置，传感装置、激励-检测单元9以及数据处理单元10；传感装置、激励-检测单元9以及数据处理单元10实现电连接；数据处理单元为装有数据处理程序的计算机或芯片。

使用时，激励-检测单元9对平面电感线圈7施加交流电激励，并检测平面电感线圈7测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元10，数据处理单元10对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。

作为本发明优选的实施方式，如图1所示，传感装置主要由锥形流道入口1、流道2、传感单元3、基底6、模型材料5和流道出口4组成。传感装置通过模型材料5固定在基底6上，流道2一端设置有锥形流道入口1，另一端设置有流道出口4，流道2垂直通过传感单元3的中心孔；流道2的直径为300-2000微米；如图2所示，传感单元3主要由两个平面电感线圈7和环状硅钢片8组成，两个平面电感线圈7分别紧密贴合在环状硅钢片8的上表面和下表面，流道2从平面电感线圈7和环状硅钢片8的中心孔垂直穿过。

作为本发明优选的实施方式，两个平面电感线圈7均由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，流道2直径为300-2000微米。环状硅钢片8的内径、外径尺寸与平面电感线圈7保持一致，厚度为50-2000微米，环状硅钢片8也可由其他导电软磁性物质代替。

如图3所示，带有磨粒的油液从锥形流道入口1注入流道2，经过传感单元3，激励-检测单元12给平面电感线圈7施加交流电激励，并检测平面电感线圈7所测得的电感信号，将其测得的电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元13，数据处理单元13依靠数据处理程序对所得数据进行处理分析，获取磨粒的成分、形状、尺寸、数量等信息，最后油液由流道出口4流出。

作为本发明优选的实施方式，激励-检测单元12只需向两个平面电感线圈7施加电压为1-2V，频率为1-4.0 MHz的高频交流电。当铁磁性颗粒经过传感单元3时，由于磁化作用将产生正向的电感信号脉冲，当非铁磁性颗粒经过传感单元3时，由于涡流作用将产生负向的电感信号脉冲，从而实现对油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的区分检测。同时，电感信号脉冲的幅值和数目则对应着磨粒的尺寸和数量。如图4所示，本发明装置实现的对30-40微米铁颗粒的电感检测信号图，其有明显的正向电感脉冲。如图5所示，本发明装置实现的对100-110微米铜颗粒的电感检测信号图，其有明显的负向电感脉冲。

本发明装置是在一环状硅钢片8的上表面和下表面分别贴合两个平面电感线圈7，将流道2从平面电感线圈7和环状硅钢片8的中心孔垂直通过。激励-检测单元9在向两个平面电感线圈7施加交流电激励后，两个平面电感线圈7之间存在互感，从而降低了所测电感信号的基础噪声，以提高检测精度；同时两个平面电感线圈7中间的环状硅钢片8在两个平面电感线圈7所产生的磁场受磁化作用的影响，会对检测区域的磁场有显著的增加，从而提高了检测精度。

作为本发明优选的实施方式，模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

作为本发明优选的实施方式，铜杆的直径为300-2000微米；基底的材料为玻璃或其他受热不易变形材料。

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

1.一种双线圈电感式磨粒监测装置，其特征在于，包括传感装置、激励-检测单元以及数据处理单元；所述传感装置、激励-检测单元以及数据处理单元实现电连接；

所述传感装置主要由锥形流道入口、流道、传感单元、基底、模型材料和流道出口组成；所述传感装置通过模型材料固定在基底上，所述流道一端设置有锥形流道入口，另一端设置有流道出口，所述流道垂直通过传感单元的中心孔；

所述传感单元主要由两个平面电感线圈和环状硅钢片组成，所述两个平面电感线圈分别紧密贴合在环状硅钢片的上表面和下表面，所述流道从平面电感线圈和环状硅钢片的中心孔垂直穿过；

2.根据权利要求1所述的双线圈电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述数据处理单元为装有数据处理程序的计算机或芯片。

3.根据权利要求1所述的双线圈电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述两个平面电感线圈均由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，所述流道直径为300-2000微米。

4.根据权利要求1所述的双线圈电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述环状硅钢片的内径、外径尺寸与两个平面电感线圈保持一致，厚度为50-2000微米，环状硅钢片也可由其他导电软磁性物质代替。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项权利要求所述双线圈电感式磨粒监测装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述铜杆的直径为300-2000微米；所述基底的材料为玻璃或其他受热不易变形材料。