CN112362540A - 一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像信息采集领域，涉及一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统及检测方法；所述检测方法包括通过控制磨粒位置调节器的工作电流调整磨粒在油液中的垂直高度；磨粒经过位置调节器时导致调节器周围的磁场改变，第一感应线圈由于电磁感应原理产生电磁信号，高速摄影机接收到电磁信号后开始监测磨粒在传感器下方的运动轨迹；同时，磨粒经过磨粒监测传感器时引起了磁场变化，从而第二感应线圈产生磨粒信号；本发明能够监测激励电流、流速等因素对磨粒运动轨迹的影响，基于磨粒运动轨迹和磨粒信号的映射关系研究磨粒信号的形成机理，优化传感器参数，有利于提高油液监测传感器在实际应用中的可靠性和安全性。

Description

一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及图像信息采集领域，具体涉及一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统及检测方法。

背景技术

油液中的磨粒大小可直接反映机械装备的磨损程度，而磨粒体积通常为微米级，肉眼难以观察，直接检测磨粒来判断机械装备的磨损程度并不现实。感应式磨粒监测传感器通过电磁感应原理，利用磨粒的铁磁性实现油液磨粒的监测，具有较好的应用前景。然而，在传感器工作过程中，难以获取合适的激励电流大小。若激励电流过小，传感器产生的磁场强度弱，导致磨粒所引起的电磁信号微弱，造成磨粒信号被背景噪声以及谐波干扰淹没，削弱了传感器的检测能力；若激励电流过大，传感器所产生的高梯度磁场会造成磨粒沉积，可能会导致管道堵塞，引发机械装备的润滑系统失效。同时，磨粒信号与磨粒运动轨迹密切相关，磨粒监测传感器的电磁力会导致其运动轨迹进一步复杂化。传统磨粒分析技术仅认为磨粒运动未受到电磁力影响，直接通过了磨粒监测传感器，磨粒信号如图1所示。然而，由于高梯度磁场作用，磨粒被传感器吸附，感应线圈输出的磨粒信号发生变形，信号波形不再类似于单周期正弦波，如图2所示。这种电磁力对磨粒运动轨迹的影响降低了传感器的检测精度。

因此，为了找到传感器检测性能与润滑系统安全之间的平衡点，提升传感器的检测精度，需要一种磨粒运动轨迹监测系统以及检测方法，监测电磁力对磨粒运动轨迹的影响，在考虑激励电流、流体粘度、磨粒形态、运动轨迹等多种因素的情况下，通过分析磨粒运动轨迹和磨粒监测传感器输出信号的映射关系研究传感器输出信号的形成机理。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提出一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统及检测方法；观测磨粒在流体场、电磁场、重力场等多物理场耦合中的运动轨迹，分析油液粘度、激励电流、磨粒大小和形态等变量对磨粒运动的影响，提取出传感器的最优参数，如激励电流、线圈匝数和铁芯材料等。对比分析磨粒运动和传感器输出信号，有助于提升传感器在实际应用中的可靠性，提高磨粒监测传感器的检测精度，推动油液检测技术的发展，对重大机械装备的健康状态监测具有重要意义。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统；所述监测系统包括水平实验台1，所述水平实验台1设置有阵列排列的螺纹孔，在其中一些螺纹孔上方分别固定有与所述螺纹孔配合安装的支撑杆；第一支撑杆5.1上套接有高度可调的漏斗托架12，所述漏斗托架12上方安装有漏斗4；第二支撑杆5.2上套设有流道托架3，并架设有石英制流道2；第三支撑杆5.3和第四支撑杆5.4上均安装有换向支架夹6，在第二支撑杆或者第三支撑杆的顶部安装有磨粒位置调节器15，两个换向支架夹6之间固定有树脂固定杆7；所述树脂固定杆7下方固定有磨粒监测传感器8；

在所述水平实验台1上安装有蠕动泵11和磁力座14；油液流道2从所述蠕动泵11引出，穿过所述漏斗4，进入到磨粒位置传感器15下方，再从磨粒监测传感器8下方返回蠕动泵11；所述磁力座14上方支撑有高速摄影机9，所述高速摄影机9用于拍摄受磨粒监测传感器8和磨粒位置调节器15磁场影响的油液流道2中的磨粒运动轨迹。

优选的，所述流道支架3与所述漏斗托架12均可以通过开槽和螺栓配合固定的方式固定在支撑杆上。

优选的，为了所述监测系统还包括第四支撑杆，所述第四支撑杆上安装有流道支架3，所述油液流道2从所述流道支架3上穿过。

优选的，所述磁力座14上方设置有转向部件10，通过调节所述转向部件10，改变所述高速摄影机9的垂直高度和拍摄角度。

优选的，所述磨粒位置调节器15包括第一激励线圈、第一感应线圈、第一铁芯；第一激励线圈嵌套在第一铁芯上，第一铁芯竖直向下正对油液流道2；通过控制第一激励线圈的输入电流，使得所述磨粒位置调节器15产生不同强度的磁场，从而调节微小磨粒在油液通道2中的垂直高度。

优选的，所述磨粒监测传感器8包括磁极、第二激励线圈、第二感应线圈、第二铁芯；第二激励线圈嵌套在第二铁芯上，磁极与第二铁芯通过螺钉连接，第二感应线圈包裹在油液流道2上。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种油液磨粒运动轨迹图像的检测方法，所述检测方法包括：

通过控制磨粒位置调节器15的工作电流调节磨粒在油液流道2中的垂直高度；

当磨粒经过磨粒位置调节器15下方的油液通道2时，磨粒运动导致磨粒位置调节器15周围的磁场发生改变，第一感应线圈产生电磁信号；

响应于所述电磁信号，高速摄影机启动并实时监测磨粒在磨粒监测传感器8下方的运动轨迹；

磨粒监测传感器8架设置于油液流道2上方，磨粒监测传感器8通电后产生高梯度磁场，使磨粒受到的重力和电磁力方向相反，避免在流道底部沉积；

当磨粒经过磨粒监测传感器8下方的油液通道2时，磨粒运动使得磨粒监测传感器8周围的磁场发生变化，第二感应线圈产生表征出磨粒特征信息的电压信号。

进一步的，所述检测方法还包括将磨粒运动轨迹和磨粒监测传感器输出信号进行分析，研究磨粒运动轨迹和磨粒监测传感器输出信号之间的映射关系，找到磨粒监测传感器的最优参数，所述参数包括激励电流大小、线圈匝数以及铁芯材料。

本发明的有益作用：

本发明在流道径向架设一台高速摄影机，用于监测磨粒运动轨迹。通过磨粒位置调节器产生不同强度的磁场，从而调节磨粒的垂直高度，便于高速摄影机拍摄；并且磨粒经过磨粒位置调节器下方时会改变磨粒位置调节器周围的磁场，使得磨粒位置调节器产生电磁信号，通过该电磁信号作为触发信号启动高速摄影机拍摄磨粒的运动轨迹；将油液流道设置在磨粒监测传感器下方，使磨粒受到的电磁力与重力方向相反，避免在重力和电磁力共同作用下，磨粒在流道内发生沉积，从而导致图像信息无法反映电磁力对磨粒运动轨迹的影响。同时，磨粒监测传感器基于电磁感应原理输出表征磨粒特征信息的电压信号，从而实现油液磨粒监测。本发明还能够用于研究油液粘度、激励电流、粒度大小和形态对磨粒运动轨迹的影响，通过分析磨粒运动轨迹与传感器输出信号之间的映射关系，研究油液中磨粒信号的形成机理，进而得到本发明中磨粒监测传感器的最优参数，找到传感器检测性能和润滑系统安全之间的平衡点，提高油液监测传感器在实际应用中的可靠性和安全性。

附图说明

图1是传统技术中磨粒未被传感器吸附时，传感器输出的电压信号图；

图2是磨粒被传感器吸附时，传感器输出的电压信号图；

图3为本发明提出的一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统的结构示意图；

图4为磨粒监测传感器剖视图；

图5为磨粒位置调节器剖视图；

图6为本发明一个实施例中所提供的油液磨粒轨迹图像检测方法流程图；

图7为本发明一个优选实施例中所提供的油液磨粒轨迹图像检测方法流程图；

图8为高速摄影机采集的磨粒受电磁力影响，吸附在管壁的运动轨迹图像；

图中，1、水平实验台，2、油液流道，3、流道支架，4、漏斗，5.1、第一支撑杆，5.2、第二支撑杆，5.3、第三支撑杆，5.4、第四支撑杆，6、换向支架夹，7、树脂固定杆，8、磨粒监测传感器，80、磁极，81、第二激励线圈，82、第二感应线圈，83、第二铁芯，9、高速摄影机，10、换向部件，11、蠕动泵，12、漏斗托架，13、螺纹脚，14、磁力座，15、磨粒位置调节器，151、第一激励线圈，152、第一感应线圈，153、第一铁芯，154、树脂材料。

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。

油液监测技术是评价机器的工况和预测故障，并确定故障原因、类型和零件的技术。这一技术的工业应用表明：油液监测技术适用于监测低速重载、环境恶劣(如噪音大、振动源多、外界干扰明显)、往复运动和采用液体或半液体润滑剂且以磨损为主要失效形式的设备。国内外实施油液监测所获得的经济效益推动着这一技术的发展和完善。通常，油液监测可以延长设备的换油期或者正确选用润滑剂而取得效益，更重要的是通过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而增加产值和效益。

目前大部分的油液监测技术着重于判断磨粒的大小、形状等参数，而缺少对磨粒运动轨迹的监测，而监测磨粒的运动轨迹图像信息有助于对比分析磨粒运动和传感器输出电压信号之间的联系，从而研究出电压信号的形成机理并改善传感器的设计。

需要说明的是，在本发明实施例中的磨粒主要是指铁磁磨粒，因此对磨粒进行处理主要是指对铁磁磨粒进行处理。

基于上述技术问题，本发明实施例提出了一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统，用于监测磨粒的运动轨迹，并输出磨粒的运动轨迹所对应的电压信号，通过对比分析运动轨迹和电压信号，优化传感器参数，改善传感器的性能。

图3是本发明的一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统的结构图，如图3所示，所述监测系统包括水平实验台1，所述水平实验台1设置有阵列排列的螺纹孔，在其中一些螺纹孔上方分别固定有与所述螺纹孔配合安装的支撑杆5；第一支撑杆5.1上套接有高度可调的漏斗托架12，所述漏斗托架12上方安装有漏斗4；第二支撑杆5.2上套设有流道托架3，并架设有石英制流道2；第三支撑杆5.3和第四支撑杆5.4上均安装有换向支架夹6，在第二支撑杆或者第三支撑杆的顶部安装有磨粒位置调节器15，两个换向支架夹6之间固定有树脂固定杆7；所述树脂固定杆7下方固定有磨粒监测传感器8；在所述水平实验台1上安装有蠕动泵11和磁力座9；油液流道2从所述蠕动泵11引出，穿过所述漏斗4，进入到磨粒位置传感器15下方，再从磨粒监测传感器8下方返回蠕动泵11；所述磁力座9上方支撑有高速摄影机9，所述高速摄影机9用于拍摄受磨粒监测传感器8和磨粒位置调节器15磁场影响的油液流道2中的磨粒运动轨迹。

在一个实施例中，所述水平试验台1的下方还设计有多个螺纹脚13，用于支撑该水平试验台1。

在本实施例中，漏斗4放置在高度可调的漏斗托架12上，与油液流道2、蠕动泵4构成油液循环系统，磨粒由漏斗4中进入油液循环系统，通过对蠕动泵4的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。漏斗4下口通过蠕动软管连接至油液流道一端，上口通过蠕动软管连接到蠕动泵的出油端。经由高度可调的漏斗托架12上方的漏斗流入到油液流道2中；油液流道2围绕水平实验台1循环一圈后通过蠕动软管，回流至蠕动泵4进油口，使油液以一定流速进行循环，调节漏斗托架12和流道托架2，使具有刚度的石英制流道3保持水平，便于稳定油液的磨粒的垂直高度；以减小因压强差对流体流量带来的影响。

在一个实施例中，所述监测系统中的第二支撑架5.2可以有多根(图中只示出了一根)，每根第二支撑架上均可以安装流道支架3，将这些流道支架3调节到一个合适的高度，保证油液通道2可以从流道支架3上方穿过，并被高速摄影机拍摄。

在一个实施例中，上述实施例的安装过程中，可以通过调节流道支架3上的两个螺钉和螺帽的松紧来调节流道支架3与第二支撑杆5.2的松紧，把螺帽拧松之后流道支架就可以在光学支撑上下移动，流道支架3的水平高度就可以调节，当流道支架3调节到高度合适时再拧紧螺帽达到紧固的目的。

对于各个支撑杆的位置，可以通过旋转支撑杆使其退出水平实验台上的螺孔，再将其移到合适的位置再将支撑杆旋合进螺纹孔。

在一个实施例中，所述磁力座14上方设置有转向部件10，通过调节转向部件10可以灵活调整高速摄影机9的垂直高度和拍摄角度，从而对磨粒运动轨迹图像进行多视角的采集。

在一个优选实施例中，所述磁力座14旁还可以设置第五支撑杆，所述第五支撑杆上设置有转向部件10；可以通过调节转向部件10在第五支撑杆上的高度来调节高速摄影机9的垂直高度，还能通过旋转转向部件10来调节高速摄影机的拍摄角度。

在一个优选实施例中，为了不影响高速摄影机9的拍摄，所述磁力座14上还可以向外伸出调节杆，所述调节杆上设置有固定平台，所述固定平台上安装有高速摄影机9。

在一个实施例中，一方面考虑到磨粒在油液流道的传输过程中，可能导致磨粒的垂直高度发生变换，所以需要对油液流道2送来的磨粒的垂直高度进行调节；另一方面考虑到高速摄像机工作需要大量运行内存，常规高帧率摄像机的拍摄时间较短，而磨粒在油液中肉眼难以观察，无法获取合适的拍摄时间，导致摄像机在工作视野内无法捕捉到磨粒运动轨迹。在磨粒位置调节器8设置感应线圈。

具体的，如图4所示，所述磨粒位置调节器15包括第一激励线圈151、第一感应线圈152、第一铁芯153；第一激励线圈151嵌套在第一铁芯153上，第一铁芯153竖直向下正对油液流道2；通过控制第一激励线圈151的输入电流，使得所述磨粒位置调节器15产生不同强度的磁场，从而调节磨粒在油液通道2中的垂直高度。

在一个优选实施例中，所述第一铁芯153的顶部设置有树脂材料；可以在第二支撑杆52或者第三支撑杆53上方设置一个可调节高度的树脂杆，该树脂杆可以横向伸出；该树脂杆的下方固定有第一铁芯153，即该树脂杆则作为所述第一铁芯153顶部的树脂材料154；所述第一铁芯153的中部位置绕有第一激励线圈151，在第一激励线圈151下方间隔一定距离处绕有第一感应线圈152。

磨粒经过磨粒位置调节器15时会改变磁场，使第一感应线圈151产生感应电磁信号，高速摄影机9接收到信号后启动。之后，磨粒经过磨粒监测传感器8，高速摄像机开始监测磨粒在油液中的运动轨迹。

基于上述设计，在一个实施例中，如图5所示，所述磨粒监测传感器8包括磁极80、第二激励线圈81、第二感应线圈82、第二铁芯83；第二激励线圈81嵌套在第二铁芯83上，磁极80与第二铁芯83通过螺钉连接，第二感应线圈82包裹在油液流道2上。

在一个实施例中，为了避免磨粒在油液流道2内发生沉积，所以本实施例中将磨粒监测传感器8架设到油液流道2的上方，第二激励线圈81通电后，磨粒监测传感器8产生高梯度静磁场，能够对磨粒提供一个较大的电磁力，使得磨粒受到的重力和由磨粒监测传感器8提供的电磁力方向相反，避免重力与磁力的叠加向下，使油液中磨损颗粒沉积在油液流道2底部，从而使磨损颗粒的轨迹变化更加明显；最终拍摄的运动轨迹图像信息能够反映电磁力对磨粒运动轨迹的影响。

作为一个补充实施例，为了产生上述的高梯度静磁场，本发明的树脂固定杆7采用磁导率较低的树脂材料，能够保证油液监测传感器8能够产生高梯度静磁场。

在一个优选实施例中，为了研究磨粒监测传感器8输出信号的形成机理；本实施例中所设置的第二感应线圈82，磨粒经过磨粒监测传感器8时导致磁场变化，所述第二感应线圈82将会产生电压信号，这个电压信号反映了磨粒的大小、浓度和形状等特征信息，同时电压信号与磨粒的运动轨迹具有映射关系；对这个电压信号和磨粒运动轨迹图像信号进行对比分析，能够优化磨粒位置调节器15和磨粒监测传感器8的各参数设计。

需要说明的是，本发明中的油液通道2是连续的管道，当本发明中其他器件对油液通道2进行操作处理时，仅仅指的是该器件相应段中的油液通道2，以第二感应线圈82包裹油液通道2为例，该第二感应线圈82只能对磨粒监测传感器8下方对应的部分油液通道2进行包裹。

可以理解的是，在本发明中，磨粒经过磨粒位置调节器15时，磨粒位置调节器15输出电磁信号，触发高速摄像机9开始拍摄。随后，磨粒随油液通道2经过磨粒监测传感器8产生的磁场，高速摄像机9采集到这一过程的磨粒运动轨迹图像信息。

在一个实施例中，如图6所示，本发明还提供了一种油液磨粒运动轨迹图像的检测方法，所述方法包括以下步骤：

S101、通过控制磨粒位置调节器15的工作电流调节磨粒在油液流道2中的垂直高度；

S201、当磨粒经过磨粒位置调节器15下方的油液通道2时，磨粒运动导致磨粒位置调节器15周围的磁场发生改变，第一感应线圈产生电磁信号；

S301、响应于所述电磁信号，高速摄影机启动并实时监测磨粒在磨粒监测传感器8下方的运动轨迹；

S401、磨粒监测传感器8架设置于油液流道2上方，磨粒监测传感器8通电后产生高梯度磁场，使磨粒受到的重力和电磁力方向相反，避免在流道底部沉积；

S501、当磨粒经过磨粒监测传感器8下方的油液通道2时，磨粒运动使得磨粒监测传感器8周围的磁场发生变化，第二感应线圈产生表征出磨粒特征信息的电压信号。

在一个优选实施例中，在上述实施例的基础上，本实施例考虑到表征磨粒特征信息的电压信号与磨粒运动轨迹存在一定的映射关系，因此，本实施例可以分析电压信号和磨粒运动轨迹映射关系，研究磨粒信号的形成机理，来优化磨粒监测传感器的设计参数，获取磨粒监测传感器的最优参数方案。

在上述分析下，本发明还提供了一种优选的油液磨粒运动轨迹图像检测方法，如图7所示，所述方法包括：

S102、调节磨粒位置调节器15的输入电流，从而控制磨粒在油液流道2中的垂直高度；

S202、磨粒经过磨粒位置调节器15下方的油液通道2，改变了磨粒位置调节器15周围的磁场，磨粒位置调节器15输出电磁信号；

S302、响应于所述电磁信号，高速摄影机启动并实时监测磨粒在磨粒监测传感器8下方的油液流道2中的运动轨迹；

S402、将磨粒监测传感器8架设在油液流道2上方，对磨粒监测传感器8通电，产生高梯度磁场，使磨粒受到的重力和电磁力方向相反；

S502、磨粒经过磨粒监测传感器8下方的油液通道2导致磨粒监测传感器8周围的磁场变化，从而第二感应线圈产生表征磨粒特征信息的电压信号；

S602、所述电压信号与高速摄像机采集到的磨粒运动轨迹图像存在联系，通过分析电压信号和磨粒运动轨迹的映射关系，分析磨粒信号的形成机理，得到最优的传感器参数。

在一个实施例中，第二感应线圈的电压信号即输出信号u表示为：

其中，N为感应线圈匝数，F表示磁势，v为磨粒的轴向运动速度，μ₀和μ分别为真空磁导率和磨粒的相对磁导率，δ为磨粒体积；β为磨粒轴向运动方向与磁路的夹角，x为磁路长度。

从公式中可以看出，由于电磁力、重力和流场力作用，磨粒径向运动速度发生变化，导致电压信号变化，同时，磨粒的径向位移会影响磨粒受到的磁势，从而影响传感器输出信号。所述电压信号与高速摄像机采集到的磨粒运动轨迹图像存在联系，通过分析电压信号和磨粒运动轨迹映射关系，分析磨粒信号的形成机理，得到最优的传感器参数。

在本实施例中，本实施例分析了上述电压信号与磨粒运动轨迹的关系后；可以明显看出，电压信号与高速摄像机采集到的磨粒运动轨迹图像存在联系，这里的磨粒运动轨迹可以从磨粒的轴向运动速度、磨粒轴向运动方向与磁路的夹角以及磁路长度体现；通过分析电压信号和磨粒运动轨迹的映射关系，分析磨粒信号的形成机理，得到最优的传感器参数(激励电流大小、线圈匝数以及铁芯材料等)。

下面给出本发明所使用的一组参数数据进行说明，本发明磨粒采用400μm的球状铁磁性磨粒，磨粒监测传感器8的第一激励线圈81匝数为2000匝，线径为0.4mm。磨粒位置调节器15的第二激励线圈匝数151为1000匝，线径为0.2mm，第二感应线圈匝数为8000匝，线径为0.01mm。利用本发明的检测方法对这些参数数据进行调节，从而提高磨粒监测传感器的检测精度。

从图8可以看出，采用本发明的油液磨粒运动轨迹图像监测系统所拍摄出的磨粒运动轨迹清晰可见，能够反映磨粒的形态和运动轨迹，对重大机械装备的健康状态监测具有重要意义。

本发明中当磨粒通过磨粒监测传感器激发的高梯度磁场时，基于电磁感应原理，传感器输出反映磨粒特征的电压信号，但是传感器产生的电磁力会影响磨粒运动轨迹，造成磨粒沉积，从而导致磨粒信号不完整，影响磨粒传感器的检测信号，传统磨粒监测技术并未考虑到磨粒传感器电磁力对磨粒信号的影响；同时，由于电磁力作用沉积在管道的磨粒可能会堵塞油管，导致润滑系统失效，造成重大机械设备发生故障；本发明能够研究油液粘度、激励电流、粒度大小和形态对磨粒运动轨迹的影响，通过研究油液中磨粒信号的形成机理，进而分析出传感器的最优参数(激励电流、线圈匝数、铁芯长度等)，找到传感器检测性能和润滑系统安全之间的平衡点，提高油液监测传感器在实际应用中的可靠性和安全性。

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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

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 (6)

1.一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统，其特征在于：包括水平实验台(1)，所述水平实验台(1)设置有阵列螺纹孔，在其中一些螺纹孔上方分别固定有与所述螺纹孔配合安装的支撑杆；第一支撑杆(5.1)上套接有高度可调的漏斗托架(12)，所述漏斗托架(12)上方安装有漏斗(4)；第二支撑杆(5.2)上套设有流道托架(3)，并架设有石英制流道(2)；第三支撑杆(5.3)和第四支撑杆(5.4)上均安装有换向支架夹(6)，在第三支撑杆(5.3)或者第四支撑杆(5.4)的顶部安装有磨粒位置调节器(15)，两个换向支架夹(6)之间固定有树脂固定杆(7)；所述树脂固定杆(7)下方固定有磨粒监测传感器(8)；

在所述水平实验台(1)上安装有蠕动泵(11)和磁力座(14)；油液流道(2)从所述蠕动泵(11)引出，穿过所述漏斗(4)，进入到磨粒位置传感器(15)下方，再从磨粒监测传感器(8)下方返回蠕动泵(11)；所述磁力座(14)上方支撑有高速摄影机(9)，所述高速摄影机(9)用于拍摄受磨粒监测传感器(8)磁场影响的的磨粒运动轨迹。磁力座(14)上方设置有转向部件(10)，通过调节所述转向部件(10)，改变所述高速摄影机(9)的垂直高度和拍摄角度。

2.根据权利要求1所述的一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统，其特征在于：所述磨粒位置调节器(15)包括第一激励线圈、第一感应线圈、第一铁芯；第一激励线圈嵌套在第一铁芯上，第一铁芯竖直向下正对油液流道(2)；通过控制第一激励线圈的输入电流，使得所述磨粒位置调节器(15)产生不同强度的磁场，从而调节微小磨粒在油液通道(2)中的垂直高度。

3.根据权利要求1所述的一种油液磨粒运动轨迹图像监测系统，其特征在于：所述磨粒监测传感器(8)包括磁极、第二激励线圈、第二感应线圈、第二铁芯；第二激励线圈嵌套在第二铁芯上，磁极与第二铁芯通过螺钉连接，第二感应线圈包裹在油液流道(2)上。

4.一种油液磨粒运动轨迹图像的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

通过控制磨粒位置调节器(15)的工作电流调节磨粒在油液流道(2)中的垂直高度；

当磨粒经过磨粒位置调节器(15)下方的油液通道(2)时，磨粒运动导致磨粒位置调节器(15)周围的磁场发生改变，第一感应线圈产生电磁信号；

响应于所述电磁信号，高速摄影机启动并实时监测磨粒在磨粒监测传感器(8)下方的运动轨迹；

磨粒监测传感器(8)架设置于油液流道(2)上方，磨粒监测传感器(8)通电后产生高梯度磁场，使磨粒受到的重力和电磁力方向相反，避免在流道底部沉积；

当磨粒经过磨粒监测传感器(8)下方的油液通道(2)时，磨粒运动使得磨粒监测传感器(8)周围的磁场发生变化，第二感应线圈产生表征出磨粒特征信息的电压信号。

5.根据权利要求4所述的一种油液磨粒运动轨迹图像的检测方法，其特征在于，产生电压信号后还包括采集所述电压信号，将所述电压信号与高速摄像机采集到的磨粒运动轨迹图像进行处理，分析电压信号和磨粒运动轨迹映射关系，获取磨粒信号的形成机理，优化磨粒监测传感器的设计参数。

6.根据权利要求5所述的一种油液磨粒运动轨迹图像的检测方法，其特征在于，所述电压信号即磨粒监测传感器输出信号u，表示为：

其中，N为感应线圈匝数，F表示磁势，v为磨粒的轴向运动速度，μ₀和μ分别为真空磁导率和磨粒的相对磁导率，δ为磨粒体积；β为磨粒轴向运动方向与磁路的夹角，x为磁路长度。

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