CN110595963A - 一种在线旋转式铁谱仪及设备油液在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线旋转式铁谱仪及设备油液在线监测方法，包括磨粒沉积成谱模块和磁头模块；磁头模块包括可旋转的磁头；磁头包括圆桶状的导磁底块、覆盖连接在导磁底块上端开口处的极靴和位于导磁底块轴心线处的电磁铁柱；电磁铁柱一端连接导磁底块底面，另一端连接极靴，组成闭合磁回路；磁头模块还包括用于为旋转的电磁铁柱供电的导电滑环；磨粒沉积成谱模块位于极靴的上方；待测液体置于磨粒沉积成谱模块内进行沉积成谱。本发明可以将沉积区域的残留油液和污染物清洗甩净，提高在线监测图像质量；能形成两个直径不同的环形沉积面，因两个环形沉积面磁感应强度不同，使得在两个环形沉积面沉积的磨粒尺寸范围也不同，提高了制谱监测的效率。
Description
技术领域
本发明涉及铁谱分析技术领域，具体来说是一种在线旋转式铁谱仪及设备油液在线监测方法。
背景技术
铁谱分析技术（Ferrography）是一种在高梯度磁场的作用下，将机器设备摩擦磨损后产生的磨粒从油样中分离出来，按其粒度的尺寸大小以及铁磁性质依次排列沉淀到一块透明玻璃基片上或玻璃管道中，然后利用显微镜等手段观察和测量，以获得设备磨损过程的各种信息，从而判断设备磨损状态及其磨损机理的一种分析方法。
现有的在线式铁谱仪存在以下问题：
（1）在线式铁谱分析由于制谱条件限制，会在谱片表面残留油液和污染物，磨粒图像边缘模糊，难以清洗，成像效果较差，很难准确的获取磨粒的外观形貌信息。
（2）现有的在线式铁谱仪磨粒沉积面积较小，多个磨粒易堆叠，单个磨粒形状很难从沉积区域上提取出来。
（3）现有的在线式铁谱仪在同一磁场强度和流量状况下沉积磨粒的尺寸范围很小，根据分析的需要，需要多次调整磁场强度以及流量，分别沉积尺寸范围不同的磨粒来获得不同的磨粒信息，操作过程繁复。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种在线旋转式铁谱仪及设备油液在线监测方法，引入离心力将沉积区域上磨粒周边的残留油液和污染物旋转甩净，获得更加清晰的磨粒图像，提高了在线监测的质量；磨粒沉积面积增大，防止磨粒堆叠；且形成两个直径不同的环形沉积面，因两个环形沉积面磁感应强度及梯度均不同，使得在两个环形沉积面沉积的磨粒尺寸范围也不同，单次沉积磨粒的尺寸范围较广，可以观察获得更多尺寸磨粒的信息，提高了在线监测的效率。
技术方案：本发明提出一种在线旋转式铁谱仪，包括磨粒沉积成谱模块和磁头模块；所述磁头模块包括可旋转的磁头；所述磁头包括圆桶状的导磁底块、覆盖连接在导磁底块上端开口处的极靴和位于导磁底块轴心线处的电磁铁柱；所述电磁铁柱一端连接导磁底块底面，另一端连接极靴，组成闭合磁回路；
所述磁头模块还包括用于为旋转的电磁铁柱供电的导电滑环；
所述磨粒沉积成谱模块位于极靴的上方；待测液体置于所述磨粒沉积成谱模块内进行磨粒沉积成谱。
进一步，所述导电滑环包括转子部分和定子部分；所述转子部分绝缘连接在导磁底块下端，跟随导磁底块同步转动；所述转子部分包括绝缘连接的第一导电环和第二导电环；所述第一导电环和第二导电环的对称轴线均位于磁头的旋转轴心线上；电磁铁柱的两个接线端子中，一个通过导线连接第一导电环，另一个通过导线连接第二导电环；
所述定子部分包括电源接口、第一定子电刷和第二定子电刷；所述第一定子电刷电连接第一导电环，第二定子电刷电连接第二导电环；所述第一定子电刷和第二定子电刷，一个连接电源接口正极，另一个连接电源接口负极。
进一步，所述极靴包括位于电磁铁柱正上方的极靴柱、套装在极靴柱外周的第一极靴环和套装在第一极靴环外周的第二极靴环；所述极靴柱与第一极靴环之间镶嵌有第一导磁镶套；所述第一极靴环与第二极靴环之间镶嵌有第二导磁镶套。
进一步，所述磨粒沉积成谱模块包括透光挡板和磨粒沉积基片；所述磨粒沉积基片连接在极靴上端面，与极靴同步转动；所述透光挡板固定设置，位于磨粒沉积基片上方；所述磨粒沉积基片与透光挡板之间形成油腔间隙；所述透光挡板上设置有进液口，所述进液口位于极靴柱正上方；待测液体沿进液口进入油腔间隙，进行磨粒沉积成谱。
进一步，还包括油液泵和清洗液泵；所述油液泵从工作油路中抽取油液注入进液口；所述清洗液泵从一清洗液瓶中抽取清洗液注入进液口。
进一步，还包括图像采集模块；所述图像采集模块包括CCD摄像头和活动座体；所述活动座体包括一竖直伸缩杆和一水平伸缩杆；所述竖直伸缩杆固定安装；所述水平伸缩杆的一端通过一水平转动机构连接在竖直伸缩杆上；所述水平伸缩杆的另一端安装固定CCD摄像头；所述CCD摄像头垂直于透光挡板向下拍摄；CCD摄像头的镜头外周设置有多个第一LED光源；所述第一LED光源的照射方向与拍摄方向相同。
进一步，所述磨粒沉积基片包含一块导光板和若干第二LED光源；所述导光板上铺设有均光扩散膜；若干第二LED光源对称布置在导光板外周，向导光板上方照射，形成有色透射光源。
进一步，所述磁头模块还包括固定包裹在导磁底块外侧的磁头外壳；还包括用于驱动磁头转动的步进电机；所述步进电机的转轴连接在磁头外壳上；所述转子部分绝缘连接在磁头外壳的下端。
一种使用上述的在线式铁谱仪的设备油液在线监测方法，包括如下步骤：
步骤1、电磁铁柱断电，待磁场消失后开启清洗液泵抽取清洗液，对油腔间隙进行冲洗，冲走油腔间隙内的残留磨粒以及杂质，然后关闭清洗液泵；
步骤2、磁头开始旋转，电磁铁柱通电，在磨粒沉积基片上表面形成高梯度的环形磁场；
步骤3、开启油液泵从工作油路中抽取待测油液，通过进液口滴加到透光挡板与磨粒沉积基片之间的油腔间隙，油液中所含的磨粒受离心力、油液粘滞阻力、重力和磁力的综合作用，有规律地沉积在磨粒沉积基片上；油液在离心力及重力的作用下甩出；
当油液中磨粒浓度较大，使得磨粒图像中遮光率大于设定阈值时，开启清洗液泵，对加注中的待测油液进行浓度稀释，降低单位体积油液中所含磨粒数量；
步骤4、磨粒沉积完毕后，关闭油液泵，开启清洗液泵抽取清洗液注入油腔间隙清洗谱片；待谱片清洗干净后，关闭清洗液泵，且磁头停止旋转；
步骤5、CCD摄像头逐一对两个环形沉积面拍摄，得到每个环形沉积面上多个不同局部区域视场的磨粒图像。
有益效果：1.本发明通过导电滑环，供电导线连接旋转的电磁铁柱，提供磁力；相对于现有铁谱仪使用的磁铁，电磁铁柱可以控制磁场力的强弱；在清洗时去除磁场力，减少对沉积磨粒的引力作用，方便后续的对磨粒沉积基片的清洗，适用于在线监测；在沉积过程中改变不同大小的磁场力，可以沉积不同尺寸范围的磨粒。
2.本发明通过极靴环，使同样尺寸范围的磨粒会等几率地沉积在同一环形区域内，使得磨粒沉积面为环形沉积面，环形沉积面相较于现有的铁谱仪中的线型磁场流道；大大增加了磨粒的沉积面积，减少了磨粒的堆叠。
3.本发明的磨粒沉积基片跟随磁头旋转，产生离心力，使磨粒更均匀地分布在环形沉积面上，不会出现单流道的堆积现象；磨粒周围残余的油液在离心力作用下也更容易被甩出，使获得的磨粒图像更加清晰，磨粒观察效果更好。
4.本发明可以在磨粒沉积过程中，将清洗液与油液同时注入，对油液进行稀释，避免由于磨粒或杂质浓度较大而在磨粒沉积基片上叠加过密影响观察的情况。
5.磨粒的沉积主要受到液体流速以及磁场强度两个方面的影响，现有的铁谱仪使用单流道，单流道的磁场强度变化很小，所以单次沉积磨粒的尺寸范围较窄；本发明通过依次套装的极靴柱、第一极靴环和第二极靴环，在极靴柱与第一极靴环之间的环形气隙，以及第一极靴环与第二极靴环之间的环形气隙上方，各自形成一个环形沉积面，且两个环形沉积面的直径不同；因两个环形沉积面磁感应强度及梯度均不同，使得在两个环形沉积面沉积的磨粒尺寸范围也不同，单次沉积磨粒的尺寸范围较广，可以观察获得更多尺寸磨粒的信息，提高了监测的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的磁头模块的结构示意图；
图3为本发明定子部分的局部示意图；
图4为本发明的极靴的俯视图。
具体实施方式
本发明提出一种在线旋转式铁谱仪，包括磨粒沉积成谱模块和磁头模块。
所述磁头模块包括可旋转的磁头；所述磁头包括圆桶状的导磁底块1、覆盖连接在导磁底块1上端开口处的极靴2和位于导磁底块1轴心线处的电磁铁柱3；所述电磁铁柱3一端连接导磁底块1底面，另一端连接极靴2，组成闭合磁回路；
所述磁头模块还包括固定包裹在导磁底块1外侧的磁头外壳8；还包括用于驱动磁头转动的步进电机9；所述步进电机9的转轴连接在磁头外壳8上。
所述磁头模块还包括用于为旋转的电磁铁柱3供电的导电滑环4。所述导电滑环4包括转子部分和定子部分；所述转子部分绝缘连接在磁头外壳8下端面，跟随磁头外壳8同步转动；所述转子部分包括绝缘连接的第一导电环401和第二导电环402。磁头外壳8下端面、第一导电环401及第二导电环402之间通过绝缘材质的隔离环间隔绝缘。所述第一导电环401和第二导电环402的对称轴线均位于磁头的旋转轴心线上。电磁铁柱3的两个接线端子中，一个通过导线连接第一导电环401，另一个通过导线连接第二导电环402。
所述定子部分包括电源接口403、第一定子电刷404和第二定子电刷405；所述第一定子电刷404电连接第一导电环401，第二定子电刷405电连接第二导电环402；所述第一定子电刷404和第二定子电刷405中，一个连接电源接口403正极，另一个连接电源接口403负极。
所述导电滑环4的电源接口403通过第一定子电刷404电连接旋转的第一导电环401，第二定子电刷405电连接旋转的第二导电环402；而第一导电环401和第二导电环402与电磁铁柱3同步转动，直接通过导线连接即可。
本发明通过导电滑环4，供电导线连接旋转的电磁铁柱3，提供磁力；相对于现有铁谱仪使用的磁铁，电磁铁柱3可以控制磁场力的强弱；在清洗时去除磁场力，减少对沉积磨粒的引力作用，方便后续的清洗；在沉积过程中改变不同大小的磁场力，可以改善沉积磨粒的尺寸范围。
所述极靴2包括位于电磁铁柱3正上方的极靴柱201、套装在极靴柱201外周的第一极靴环202和套装在第一极靴环202外周的第二极靴环203；所述极靴柱201与第一极靴环202之间镶嵌有第一导磁镶套204；所述第一极靴环202与第二极靴环203之间镶嵌有第二导磁镶套205。
磨粒的沉积主要受到液体流速以及磁场强度两个方面的影响，现有的铁谱仪使用单流道，单流道的磁场强度变化很小，所以单次沉积磨粒的尺寸范围较窄。本发明通过依次套装的极靴柱201、第一极靴环202和第二极靴环203，在极靴柱201与第一极靴环202之间的环形气隙，以及第一极靴环201与第二极靴环202之间的环形气隙上方，各自形成一个环形沉积面，且两个环形沉积面的直径不同；因两个环形沉积面磁感应强度不同，造成两个环形沉积面沉积的磨粒尺寸范围也不同。其中磨损严重的大磨粒集中沉积于内环；各种氧化物集中和腐蚀磨损颗粒尺寸较小，集中沉积于外环。因此所述在线旋转式铁谱仪单次沉积磨粒的尺寸范围较广，可以观察获得更多尺寸磨粒的信息，提高了监测的效率。
所述磨粒沉积成谱模块5位于极靴2的上方；待测液体置于所述磨粒沉积成谱模块内进行磨粒沉积成谱。
所述磨粒沉积成谱模块包括透光挡板501和磨粒沉积基片502；所述磨粒沉积基片502连接在极靴2上端面，与极靴2同步转动；所述透光挡板501固定设置，位于磨粒沉积基片502上方；所述磨粒沉积基片502与透光挡板501之间形成油腔间隙；所述透光挡板501上设置有进液口503，所述进液口503位于极靴柱201正上方；待测液体沿进液口503进入油腔间隙，进行磨粒沉积成谱。磨粒沉积基片502跟随磁头旋转，产生离心力，使磨粒更均匀地分布在环形沉积面上，不会出现单流道的堆积现象，磨粒周围残余的油液也更容易被甩出，磨粒观察效果更好。
所述磨粒沉积基片502包含一块导光板和若干第二LED光源；所述导光板上铺设有均光扩散膜；若干第二LED光源对称布置在导光板外周，向导光板上方照射，形成有色透射光源，为磨粒沉积情况观察提供背景光。
所述在线旋转式铁谱仪还包括图像采集模块；所述图像采集模块包括CCD摄像头701和活动座体；所述活动座体包括一竖直伸缩杆702和一水平伸缩杆703；所述竖直伸缩杆702固定安装；所述水平伸缩杆703的一端通过一水平转动机构704连接在竖直伸缩杆702上；所述水平伸缩杆703的另一端安装固定CCD摄像头701；所述CCD摄像头701垂直于透光挡板501向下拍摄；CCD摄像头701的镜头外周设置有多个第一LED光源；所述第一LED光源的照射方向与拍摄方向相同，用于辅助拍摄磨粒在磨粒沉积基片502上的沉积图像。
所述在线旋转式铁谱仪还包括油液泵601和清洗液泵602；所述油液泵601从工作油路中抽取油液注入进液口503；所述清洗液泵602从一清洗液瓶603中抽取清洗液注入进液口503。油液泵601和清洗液泵602优选蠕动泵。本实施例中油液泵601的出液口和清洗液泵602的出液口通过一电动三通阀605连接至进液口503；电动三通阀605可控制使油液泵601的出液口与进液口503连通，清洗液泵602的出液口与进液口503关闭；或者油液泵601的出液口与进液口503关闭，清洗液泵602的出液口与进液口503连通；或者油液泵601的出液口与进液口503连通，同时清洗液泵602的出液口与进液口503连通。
一种使用上述在线式铁谱仪的设备油液在线监测方法，包括如下步骤：
步骤1、电磁铁柱3断电，待磁场消失后开启清洗液泵602抽取清洗液，对油腔间隙进行冲洗，冲走油腔间隙内的残留磨粒以及杂质，然后关闭清洗液泵602；
步骤2、磁头开始旋转，电磁铁柱3通电，在磨粒沉积基片502上表面形成高梯度的环形磁场；
步骤3、开启油液泵601从工作油路中抽取待测油液，通过进液口503滴加到透光挡板501和磨粒沉积基片502之间的油腔间隙，油液中所含的磨粒受离心力、油液粘滞阻力、重力和磁力的综合作用，有规律地沉积在磨粒沉积基片502上；油液在离心力及重力的作用下甩出；
当油液中磨粒浓度较大，使得磨粒图像中遮光率大于设定阈值时，开启清洗液泵602，对加注中的待测油液进行浓度稀释，降低单位体积油液中所含磨粒数量，避免由于磨粒或杂质浓度较大而在磨粒沉积基片502上叠加过密影响观察的情况；
步骤4、磨粒沉积完毕后，关闭油液泵601，开启清洗液泵602抽取清洗液注入油腔间隙清洗谱片；待谱片清洗干净后，关闭清洗液泵602，且磁头停止旋转；
步骤5、CCD摄像头701逐一对两个环形沉积面拍摄，得到每个环形沉积面上多个不同局部区域视场的磨粒图像。
Claims (9)
1.一种在线旋转式铁谱仪，包括磨粒沉积成谱模块和磁头模块；其特征在于：所述磁头模块包括可旋转的磁头；所述磁头包括圆桶状的导磁底块（1）、覆盖连接在导磁底块（1）上端开口处的极靴（2）和位于导磁底块（1）轴心线处的电磁铁柱（3）；所述电磁铁柱（3）一端连接导磁底块（1）底面，另一端连接极靴（2），组成闭合磁回路；
所述磁头模块还包括用于为旋转的电磁铁柱（3）供电的导电滑环（4）；
所述磨粒沉积成谱模块位于极靴（2）的上方；待测液体置于所述磨粒沉积成谱模块内进行磨粒沉积成谱。
2.根据权利要求1所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：所述导电滑环（4）包括转子部分和定子部分；所述转子部分绝缘连接在导磁底块（1）下端，跟随导磁底块（1）同步转动；所述转子部分包括绝缘连接的第一导电环（401）和第二导电环（402）；所述第一导电环（401）和第二导电环（402）的对称轴线均位于磁头的旋转轴心线上；电磁铁柱（3）的两个接线端子中，一个通过导线连接第一导电环（401），另一个通过导线连接第二导电环（402）；
所述定子部分包括电源接口（403）、第一定子电刷（404）和第二定子电刷（405）；所述第一定子电刷（404）电连接第一导电环（401），第二定子电刷（405）电连接第二导电环（402）；所述第一定子电刷（404）和第二定子电刷（405）中，一个连接电源接口（403）正极，另一个连接电源接口（403）负极。
3.根据权利要求1或2所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：所述极靴（2）包括位于电磁铁柱（3）正上方的极靴柱（201）、套装在极靴柱（201）外周的第一极靴环（202）和套装在第一极靴环（202）外周的第二极靴环（203）；所述极靴柱（201）与第一极靴环（202）之间镶嵌有第一导磁镶套（204）；所述第一极靴环（202）与第二极靴环（203）之间镶嵌有第二导磁镶套（205）。
4.根据权利要求3所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：所述磨粒沉积成谱模块包括透光挡板（501）和磨粒沉积基片（502）；所述磨粒沉积基片（502）连接在极靴（2）上端面，与极靴（2）同步转动；所述透光挡板（501）固定设置，位于磨粒沉积基片（502）上方；所述磨粒沉积基片（502）与透光挡板（501）之间形成油腔间隙；所述透光挡板（501）上设置有进液口（503），所述进液口（503）位于极靴柱（201）正上方；待测液体沿进液口（503）进入油腔间隙，进行磨粒沉积成谱。
5.根据权利要求4所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：还包括油液泵（601）和清洗液泵（602）；所述油液泵（601）从工作油路（603）中抽取油液注入进液口（503）；所述清洗液泵（602）从一清洗液瓶（604）中抽取清洗液注入进液口（503）。
6.根据权利要求5所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：还包括图像采集模块；所述图像采集模块包括CCD摄像头（701）和活动座体；所述活动座体包括一竖直伸缩杆（702）和一水平伸缩杆（703）；所述竖直伸缩杆（702）固定安装；所述水平伸缩杆（703）的一端通过一水平转动机构（704）连接在竖直伸缩杆（702）上；所述水平伸缩杆（703）的另一端安装固定CCD摄像头（701）；所述CCD摄像头（701）垂直于透光挡板（501）向下拍摄；CCD摄像头（701）的镜头外周设置有多个第一LED光源；所述第一LED光源的照射方向与拍摄方向相同。
7.根据权利要求6所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：所述磨粒沉积基片（502）包含一块导光板和若干第二LED光源；所述导光板上铺设有均光扩散膜；若干第二LED光源对称布置在导光板外周，向导光板上方照射，形成有色透射光源。
8.根据权利要求2所述的在线旋转式铁谱仪，其特征在于：所述磁头模块还包括固定包裹在导磁底块（1）外侧的磁头外壳（8）；还包括用于驱动磁头转动的步进电机（9）；所述步进电机（9）的转轴连接在磁头外壳（8）上；所述转子部分绝缘连接在磁头外壳（8）的下端面。
9.一种使用如权利要求6所述的在线式铁谱仪的设备油液在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、电磁铁柱（3）断电，待磁场消失后开启清洗液泵（602）抽取清洗液，对油腔间隙进行冲洗，冲走油腔间隙内的残留磨粒以及杂质，然后关闭清洗液泵（602）；
步骤2、磁头开始旋转，电磁铁柱（3）通电，在磨粒沉积基片（502）上表面形成高梯度的环形磁场；
步骤3、开启油液泵（601）从工作油路（603）中抽取待测油液，通过进液口（503）滴加到透光挡板（501）和磨粒沉积基片（502）之间的油腔间隙，油液中所含的磨粒受离心力、油液粘滞阻力、重力和磁力的综合作用，有规律地沉积在磨粒沉积基片（502）上；油液在离心力及重力的作用下甩出；
当油液中磨粒浓度较大，使得磨粒图像中遮光率大于设定阈值时，开启清洗液泵（602），对加注中的待测油液进行浓度稀释，降低单位体积油液中所含磨粒数量；
步骤4、磨粒沉积完毕后，关闭油液泵（601），开启清洗液泵（602）抽取清洗液注入油腔间隙清洗谱片；待谱片清洗干净后，关闭清洗液泵（602），且磁头停止旋转；
步骤5、CCD摄像头（701）逐一对两个环形沉积面拍摄，得到每个环形沉积面上多个不同局部区域视场的磨粒图像。
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