CN112697659A - 一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，属于机械装备状态监测领域，包括管道、卡套、平面检测线圈、传感器，所述传感器包括激励线圈和磁极对，所述管道为中心含有凹槽的空心管道，所述卡套为含有凹槽及两个通孔的框架，所述激励线圈位于磁极对中间，所述磁极对设置在管道(外表面，磁极对间设置间隙，所述平面检测线圈设置在卡套内，所述卡套位于磁极上方的管道凹槽内；所述激励线圈与直流电源相连，平面感应线圈与电压信号采集装置相连。本发明提高了磨粒分辨率和检测精度，避免了油路抖动干扰影响，装取简单，结构紧凑，可适用于各种油路的检测环境。
Description
技术领域
本发明属于机械装备状态监测领域，涉及一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构及检测方法。
背景技术
在机械设备运行过程中，润滑油流经零部件磨损部位间隙，带走摩擦热和表面磨损颗粒。磨损颗粒携带设备磨损来源材料的成分、温升等信息，其大小、形态同时反映了磨损严重程度的信息，因此油液中的磨粒分析也作为一种监测磨损、发现早期故障的重要手段。油液监测方法分为离线分析和在线式分析，离线分析需要取出润滑油送到实验室分析，用油量较大，造成润滑油损耗，同样检测周期较长，其结论的可信程度较多依赖于分析人员的经验，难以实时反应机械的健康状况。
常用的磨粒在线监测方法包括图像检测技术和电磁检测技术。在线图像可视铁谱技术OLVF(On-Line Visual Ferrograph)是一种典型的图像型磨粒监测技术，能够实现润滑油路中磨粒的可视化分析。该技术利用电磁场将装备在用润滑油中所含的磨粒进行有序沉积，并获取磨粒视觉信息，从而有效地分析装备磨损机理和状况及润滑状况，达到监测装备运行状态、避免故障、改进装备设计等目的，目前已经在发动机台、齿轮传动系统和润滑油抗磨评价等方面得到了应用。但由于OLVF的流道狭小取样量小，分析结果的代表性不足且容易受到油液清晰度及气泡等因素的干扰。电磁检测技术作为另一种在线磨粒分析技术，能直接连接在油路中，在保证油路不受影响的同时检测油液中的金属磨损颗粒。目前我国的在线磨粒检测技术，仍有较多完善之处。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构及检测方法，通过监测润滑油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。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，包括管道1、卡套3、平面检测线圈2、传感器，所述传感器包括激励线圈4和磁极对5，所述管道1为中心含有凹槽的空心管道，所述卡套3为含有凹槽及两个通孔的框架，所述激励线圈4位于磁极对5中间，所述磁极对5设置在管道1外表面，磁极对5间设置间隙，所述平面检测线圈2设置在卡套3内，所述卡套3位于磁极对5上方的管道凹槽内；所述激励线圈4与直流电源相连，平面感应线圈2与电压信号采集装置相连。
进一步，所述平面检测线圈2置于卡套3凹槽内，并置于磁极对5上侧。
进一步，所述平面感应线圈2为圆形或正多边形平面线圈。
进一步，所述管道1为空心长方体框架，卡套3为长方形框架。
进一步，所述平面检测线圈2的最大匝数不超过1000匝。
进一步，所述管道1的管壁厚为1mm，整体高度不超过5mm。
进一步，所述磁极对5间设置的间隙范围在0.5mm-2mm。
另一方面，本发明提供一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器检测方法，包括以下步骤：
S1：将平面检测线圈2放置卡套3内，卡套3插入管道1中，在管道1外侧表面安装磁极5及激励线圈4；
S2：将激励线圈4与直流电源相连，利用直流信号驱动激励线圈4，在传感器磁极对5之间产生一个沿着管道1轴向的局部高梯度静磁场；
S3：通过卡套3的圆孔将平面感应线圈2与电压信号采集装置相连；当管道1内有金属颗粒通过高梯度磁场的过程中会引起激励线圈4磁通量的变化，磁通量的变化会引起激励线圈4电感值的变化，进而通过平面检测线圈2实时输出的感应电压信号，得到金属颗粒信息。
本发明的有益效果在于：
第一：利用直流驱动激励线圈在两个磁极之间可产生轴向高梯度静磁场，提高磨粒分辨率和检测精度；
第二：平面检测线圈可适应不同传感器管径，且检测线圈与传感器磁极不直接接触，避免油路抖动干扰影响；
第三：平面检测线圈放置卡套凹槽内，装取简单；
第四：传感器设置在油管外部，安装与拆卸简单方便，结构紧凑，可适用于各种油路的检测环境。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述基于平面感应线圈的磨粒检测传感器示意图；
图2为本发明所述基于平面感应线圈的磨粒检测传感器分解图；
图3为本发明所述基于平面感应线圈的磨粒检测传感器零件图；
图4为本发明本实施例中铁磁性磨粒通过油管时，感应电压的变化图。
附图标记：管道1、平面感应线圈2、卡套3、激励线圈4、磁极对5。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，包括管道1、卡套3、平面检测线圈2、激励线圈4及磁极对5。所述的管道1为中心含有凹槽的空心长方体管道，管壁厚为1mm,整体高度不超过5mm；所述的卡套3为含有凹槽及2个通孔的长方形框架：所述的激励线圈4位于磁极对5中间，所述的磁极对5置于在管道1外表面，磁极对5间设置间隙(范围在0.5mm-2mm)。所述的平面检测线圈2在卡套3内，卡套3位于磁极对5上方的管道凹槽内。所述的平面检测线圈2置于卡套3凹槽内，并置于磁极对5上侧。平面感应线圈2包含但不仅限于圆形及正多边形平面线圈。
一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器检测方法，包括以下步骤：
S1、将平面检测线圈2放置卡套3内，卡套3插入管道1中，在管道1外侧表面安置磁极5及激励线圈4等；
S2、将激励线圈4与直流电源相连，利用直流信号驱动激励线圈4，在传感器磁极对5之间产生一个沿着管道1轴向的局部高梯度静磁场；
S3、通过卡套3的圆孔将平面感应线圈2与电压信号采集装置相连。根据电磁感应原理，当管道1内有金属颗粒通过高梯度磁场的过程中会引起激励线圈4磁通量的变化，磁通量的变化会引起激励线圈4电感值的变化，进而通过平面检测线圈2实时输出的感应电压信号，得到金属颗粒信息。
为了说明传感器内部的磁场分布情况，以及磨粒经传感器时检测线圈内产生的感应电压情况，运用Anasys Maxwell对传感器进行了有限元分析。在本实施例中，平面检测线圈设计为30匝，对传感器的激励线圈4施加500AN的电磁势，管道1内部形成较高的磁场强度。若一个边长为0.6mm的铁磁性正方体磨粒以2m/s进入磁场区域时，平面检测线圈检测到磨粒引起的磁通量变化，输出感应电压信号得到磨粒信息。通过对平面检测线圈感应电压进行动态模拟，磨粒通过感应线圈上方时，产生一个下降的感应电压。该传感器及检测方法能够对磨损颗粒进行有效的检测，可用于实际的油液磨损颗粒检测中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：包括管道(1)、卡套(3)、平面检测线圈(2)、传感器，所述传感器包括激励线圈(4)和磁极对(5)，所述管道(1)为中心含有凹槽的空心管道，所述卡套(3)为含有凹槽及两个通孔的框架，所述激励线圈(4)位于磁极对(5)中间，所述磁极对(5)设置在管道(1)外表面，磁极对(5)间设置间隙，所述平面检测线圈(2)设置在卡套(3)内，所述卡套(3)位于磁极对(5)上方的管道凹槽内；所述激励线圈(4)与直流电源相连，平面感应线圈(2)与电压信号采集装置相连。
2.根据权利要求1所述的基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：所述平面检测线圈(2)置于卡套(3)凹槽内，并置于磁极对(5)上侧。
3.根据权利要求1所述的基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：所述管道(1)为空心长方体框架，卡套(3)为长方形框架。
4.根据权利要求1所述的基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：所述平面检测线圈(2)的最大匝数不超过1000匝。
5.根据权利要求1所述的基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：所述管道(1)的管壁厚为1mm，整体高度不超过5mm。
6.根据权利要求1所述的基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器结构，其特征在于：所述磁极对(5)间设置的间隙范围在0.5mm-2mm。
7.一种基于平面感应线圈的金属磨粒检测传感器检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将平面检测线圈(2)放置卡套(3)内，卡套(3)插入管道(1)中，在管道(1)外侧表面安装磁极(5)及激励线圈(4)；
S2：将激励线圈(4)与直流电源相连，利用直流信号驱动激励线圈(4)，在传感器磁极对(5)之间产生一个沿着管道(1)轴向的局部高梯度静磁场；
S3：通过卡套(3)的圆孔将平面感应线圈(2)与电压信号采集装置相连；当管道(1)内有金属颗粒通过高梯度磁场的过程中会引起激励线圈(4)磁通量的变化，磁通量的变化会引起激励线圈(4)电感值的变化，进而通过平面检测线圈(2)实时输出的感应电压信号，得到金属颗粒信息。
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