CN112881244B - 基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械设备状况监测领域，特别涉及一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器及其检测方法，所述传感器包括传感器壳体组件、磁场回路组件和油管检测组件；所述传感器壳体组件包括外壳、第一管接头、第二管接头，所述外壳的侧面设置有一个通孔，所述第一管接头、第二管接头分别设置外壳两侧的通孔口处；油管检测组件位于壳体中心，所述油管检测组件包括感应线圈以及油管，油管处于传感器内腔，且两端分别与第一管接头、第二管接头嵌合连接，油管管壁外侧设置有凹槽，所述感应线圈缠绕在油管凹槽内；所述磁场回路组件位于感应线圈外表面，磁场回路组件包括第一罐型磁极、第二罐型磁极和激励线圈。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备状况监测领域，特别涉及一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器及其检测方法。
背景技术
润滑系统作为大型机械设备中不可或缺的一部分，能够起到减少摩擦、冷却、防腐和密封等作用，同时还带有机械磨损的重要信息。其中，磨损颗粒作为磨损状态信息的载体，对其的检测可以反映机械的健康状况，从而评价装备零部件的工作状况甚至预测机械故障的产生。
在润滑系统中，不同磨损方式在不同摩擦副间产生的磨损颗粒的大小、材质、形状特征也各不相同。目前，在线式油液磨粒传感器主要采用图像式、电磁式等方法。在线可视铁谱作为图像式的典型应用，能够直观反映磨损颗粒的形态信息，但其图像处理方法较为复杂并且易受到油液颜色、气泡等因素的影响。而电磁式磨粒检测传感器可将磨粒信号转化为电压信号输出，较为清晰地反映磨粒的粒度分布。当前国内外针对电磁式磨粒检测传感器展开了大量研究，包括Gastops等公司的商业传感器也应用到实际的油液监控中。但传统的电磁式磨粒检测传感器往往受到磁场频率及磁场强度的限制，大部分最小检测精度维持在60-120微米，难以使得传感器完成对不同材料的微小金属磨粒检测。
发明内容
为检测润滑油路中的金属磨损颗粒，本发明提出一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器及其检测方法，所述检测传感器包括传感器壳体组件、磁场回路组件和油管检测组件；所述传感器壳体组件包括外壳1、第一管接头41、第二管接头42，所述外壳1的侧面设置有一个通孔，所述第一管接头41、第二管接头42分别设置在外壳1两侧的通孔口处；油管检测组件位于外壳1中心，所述油管检测组件包括感应线圈8以及油管6，油管6处于传感器内腔，且两端分别与第一管接头41、第二管接头42嵌合连接；油管6 管壁外侧设置有凹槽，所述感应线圈8缠绕在油管6凹槽内；所述磁场回路组件位于感应线圈8外表面，所述磁场回路组件包括第一罐型磁极21、第二罐型磁极22和激励线圈7，激励线圈7缠绕在第一罐型磁极21和第二罐型磁极22内部，并且两磁极通过硅钢片9可设置对应厚度的气隙以产生高梯度磁场；第一罐型磁极21与第一管接头41嵌合连接，第二罐型磁极22与第二管接头42嵌合连接。
进一步的，第一管接头41、第二管接头42与油管6的连接处分别设置有第一密封胶圈51、第二密封胶圈52。
进一步的，第一管接头41、第二管接头42分别与第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的连接处设置有第一橡胶垫片31、第二橡胶垫片32。
进一步的，第一罐型磁极21、第二罐型磁极22均为圆环凹槽结构，且中心位置为一通孔，第一罐型磁极21、第二罐型磁极22以外壳的中垂线对称设置且第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的圆环凹槽结构相向设置。
进一步的，第一罐型磁极21、第二罐型磁极22材料为铁氧体，第一罐型磁极21与第二罐型磁极22间存在厚度为0.5-2mm的气隙，且在第一罐型磁极21与第二罐型磁极22外缘设置有硅钢片9嵌入气隙。
进一步的，激励线圈7缠绕在第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的圆环凹槽结构中。
进一步的，外壳1的上表面设置有一个通孔，用于激励线圈7的驱动及感应线圈8的信号传输。
本发明提供一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的检测方法，其特征在于，包括上述的任一基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，包括以下步骤：
S1、金属颗粒检测传感器内部激励线圈7通10kHz-5MHz范围内的高频率交流电作为激励；
S2、当油管内部有金属颗粒通过高频率高梯度磁场时，金属颗粒检测传感器通过检测线圈8的感应电压变化可以反应磨粒特性。
本发明通过激励线圈和气隙结构在传感器内部设置高频高梯度磁场，金属磨粒通过传感器时，根据磁通变化量所导致的感应线圈两端电压变化可判断磨粒特性，本发明有以下优点：
（1）通过气隙结构设计所产生的高梯度磁场，提升了因磨粒导致的磁通变化量，增强了传感器的检测能力；
（2）交流电驱动激励线圈所产生的高频磁场，提升了对于磁导率较小的非铁磁性颗粒的检测能力；
（3）结构紧凑，降低了传统传感器的制造精度，且外部壳体可有效避免外界电磁干扰，适用于各类检测环境。
附图说明
图1为本发明基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的剖视图；
图2为本发明基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的分解示意图；
图3为本发明基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的磁场回路组件分解示意图；
图4为本发明实施例中材料为铁的金属颗粒通过油管时，感应电压的变化；
其中，1、壳体，6、油管，7、激励线圈，8、感应线圈，9、硅钢片，21、第一罐型磁极，22、第二罐型磁极，31、第一橡胶垫片，32、第二橡胶垫片，41、第一管接头，42、第二管接头，51、第一密封圈，52、第二密封圈。
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。
本发明提出一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，如图1~2，包括传感器壳体组件、磁场回路组件和油管检测组件；所述传感器壳体组件包括外壳1、第一管接头41、第二管接头42，所述外壳1的侧面设置有一个通孔，所述第一管接头41、第二管接头42分别设置在外壳1两侧的通孔口处；油管检测组件位于外壳1中心，所述油管检测组件包括感应线圈8以及油管6，油管6处于传感器内腔，且两端分别与第一管接头41、第二管接头42嵌合连接；油管6 管壁外侧设置有凹槽，所述感应线圈8缠绕在油管6凹槽内；所述磁场回路组件位于感应线圈8外表面，所述磁场回路组件包括第一罐型磁极21、第二罐型磁极22和激励线圈7，激励线圈7缠绕在第一罐型磁极21和第二罐型磁极22内部，并且两磁极通过硅钢片9可设置对应厚度的气隙以产生高梯度磁场；第一罐型磁极21与第一管接头41嵌合连接，第二罐型磁极22与第二管接头42嵌合连接。
实施例1
本实施例对上述传感器进行进一步说明。
进一步的，第一管接头41、第二管接头42与油管6的连接处分别设置有第一密封胶圈51、第二密封胶圈52。
进一步的，第一管接头41、第二管接头42分别与第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的连接处设置有第一橡胶垫片31、第二橡胶垫片32。
如3，第一罐型磁极21、第二罐型磁极22均为圆环凹槽结构，且中心位置为一通孔，第一罐型磁极21、第二罐型磁极22以外壳的中垂线对称设置且第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的圆环凹槽结构相向设置。
第一罐型磁极21、第二罐型磁极22材料为铁氧体，第一罐型磁极21与第二罐型磁极22间存在厚度为0.5-2mm的气隙，且在第一罐型磁极21与第二罐型磁极22外缘设置有硅钢片9嵌入气隙，如图3，所述硅钢片9为环形片，嵌入设置在第一罐型磁极21、第二罐型磁极22之间的气隙处，并与第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的边缘接触设置。
进一步的，激励线圈7缠绕在第一罐型磁极21、第二罐型磁极22的圆环凹槽结构中。
实施例2
本实施例提供一种基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的检测方法，包括实施例1中所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，具体包括以下步骤：
S1、金属颗粒检测传感器内部激励线圈7通10kHz-5MHz范围内的高频率交流电作为激励；
S2、当油管内部有金属颗粒通过高频率高梯度磁场时，金属颗粒检测传感器通过检测线圈8的感应电压变化可以反应磨粒特性。
当金属磨粒通过传感器时，磨粒会影响磁通量变化，进而影响感应电压的变化，线圈的绕制方向和电流方向决定磁场方向，即感应电压的变化与线圈的绕制方向和电流方向有关，可以用右手螺旋定理和楞次定律判别，此处不再赘述。
为了说明传感器内部的磁场分布情况，以及磨粒流过传感器时检测线圈内产生的感应电压情况，运用电磁分析软件ANYSIS Maxwell对传感器进行有限元分析。对传感器的激励线圈施加频率为10kHz电流为0.5A的交流电，若一个边长为1mm的铁磨粒以4m/s的速度匀速流过传感器时，对检测线圈的感应电压进行动态模拟；如图4所示，以磨粒运动的时间作为横坐标，以磨粒运动过程中产生的感应电压作为纵坐标建立线圈感应电压随运动时间的变化曲线。
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 (7)
1.基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，包括传感器壳体组件、磁场回路组件和油管检测组件；所述传感器壳体组件包括外壳(1)、第一管接头(41)、第二管接头(42)，所述外壳(1)的侧面设置有一个通孔，所述第一管接头(41)、第二管接头(42)分别设置在外壳(1)两侧的通孔口处；油管检测组件位于外壳(1)中心，所述油管检测组件包括感应线圈(8)以及油管(6)，油管(6)处于传感器内腔，且油管(6)两端分别与第一管接头(41)、第二管接头(42)嵌合连接；油管(6) 管壁外侧中间位置设置有凹槽，所述感应线圈(8)缠绕在油管(6)凹槽内；所述磁场回路组件位于感应线圈(8)外表面，所述磁场回路组件包括第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)和激励线圈(7)，激励线圈(7)缠绕在第一罐型磁极(21)和第二罐型磁极(22)内部，并且两磁极通过硅钢片(9)可设置对应厚度的气隙以产生高梯度磁场；第一罐型磁极(21)与第一管接头(41)嵌合连接，第二罐型磁极(22)与第二管接头(42)嵌合连接。
2.根据权利要求1所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，第一管接头(41)、第二管接头(42)与油管(6)的连接处分别设置有第一密封胶圈(51)、第二密封胶圈(52)。
3.根据权利要求1所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，第一管接头(41)、第二管接头(42)分别与第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)的连接处设置有第一橡胶垫片(31)、第二橡胶垫片(32)。
4.根据权利要求1所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)均为圆环凹槽结构，且中心位置为一通孔，第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)以外壳的中垂线对称设置且第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)的圆环凹槽结构相向设置。
5.根据权利要求4所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)材料为铁氧体，第一罐型磁极(21)与第二罐型磁极(22)间存在厚度为0.5-2mm的气隙，且在第一罐型磁极(21)与第二罐型磁极(22)外缘设置有硅钢片(9)嵌入气隙。
6.根据权利要求4所述的基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，其特征在于，激励线圈(7)缠绕在第一罐型磁极(21)、第二罐型磁极(22)的圆环凹槽结构中。
7.基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器的检测方法，其特征在于，包括权利要求1~6所述的任一基于高频高梯度磁场的金属颗粒检测传感器，包括以下步骤：
S1、金属颗粒检测传感器内部激励线圈(7)通10kHz-5MHz范围内的高频率交流电作为激励；
S2、当油管内部有金属颗粒通过高频率高梯度磁场时，金属颗粒检测传感器通过检测线圈(8)的感应电压变化可以反应磨粒特性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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