CN114002116A - 一种阻抗式磨粒材质区分装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阻抗式磨粒材质区分装置及方法。本发明装置，包括传感线圈、通道、激励单元、检测单元以及数据处理分析单元；通过通道输送携带有金属磨粒的油液通过传感线圈；激励单元向线圈施加激励，传感线圈会在其周围产生磁场；检测单元检测线圈的阻抗变化，获取磨粒产生的阻抗信号；数据处理分析单元对所检测的阻抗信号进行分析，获取磨粒的材质及尺寸。本发明方法通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线，分析出金属磨粒的材质及尺寸，由此得出机械设备的磨损部位。本发明提供的阻抗式磨粒材质区分装置及方法，实现了金属磨粒材质的区分，从而获取了更为详细的机械设备的状态信息，其可用于机械设备磨损部位及磨损程度的诊断。

Description

一种阻抗式磨粒材质区分装置及方法

技术领域

本发明涉及机械故障诊断技术领域，具体而言，尤其涉及一种阻抗式磨粒材质区分装置及方法。

背景技术

机械系统各部件由于功能的差异所使用的材质也不相同。机械摩擦副会产生磨损颗粒，通过对磨损颗粒物材质的区分，则可实现磨损位置的定位，为机械设备的状态监测及故障预测提供重要信息。

当前，对于机械磨粒材质的区分方法主要有光谱分析法和图像法。光谱分析法是通过原子的吸收或放射光谱来区分磨粒材质。图像法是通过CCD图像传感器对磨粒进行拍照，然后再通过图像识别算法进行磨粒材质区分。然而，基于光谱法和图像法的检测装置对检测环境的要求较高，同时受油液透光度的影响较大。且由于其装置精密性高，以致成本高、稳定性低。因此开发一种新的磨粒材质区分方法及高稳定性检测装置及其重要。

发明内容

根据上述提出如何实现对金属磨粒材质的检测区分的技术问题，提供一种阻抗式磨粒材质区分装置及方法。本发明主要利用电磁感应原理，首先，通过通道输送携带有金属磨粒的油液通过传感线圈；然后，激励单元向线圈施加激励，传感线圈会在其周围产生磁场；再通过检测单元实现对线圈阻抗变化的测量，获取磨粒产生的阻抗信号；最后，通过数据处理分析单元对所检测的阻抗信号进行分析，获取磨粒的材质及尺寸。

本发明采用的技术手段如下：

一种阻抗式磨粒材质区分装置，包括：传感线圈、通道、激励单元、检测单元以及数据处理分析单元；其中：

所述通道紧贴所述传感线圈表面或穿过传感线圈内孔，所述传感线圈连接激励单元和检测单元，所述数据处理分析单元连接所述检测单元。

进一步地，所述传感线圈的内孔直径为0.1mm-10mm，匝数为5-2000，用于产生交变电磁场。

进一步地，所述通道用于输送携带有金属磨粒的油液通过所述传感线圈。

进一步地，所述激励单元用于向所述传感线圈施加交流电激励。

进一步地，所述检测单元用于检测所述传感线圈的阻抗变化，并获取磨粒产生的阻抗信号。

进一步地，所述数据处理分析单元用于分析所述检测单元获取的阻抗信号，进而获取磨粒的材质及尺寸。

进一步地，所述数据处理分析单元通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。

本发明还提供了一种基于上述阻抗式磨粒材质区分装置的磨粒材质区分方法，包括：

S1、根据所检测的电感信号的方向区分待检测磨粒的大致属性；

S2、若所检测的电感脉冲为正，则为铁磁性磨粒；若所检测的电感脉冲为负，则为非铁磁性磨粒；

S3、通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的阻抗式磨粒材质区分装置及方法，首先，通过通道输送携带有金属磨粒的油液通过传感线圈；然后，激励单元向线圈施加激励，传感线圈会在其周围产生磁场；再通过检测单元实现对线圈阻抗变化的测量，获取磨粒产生的阻抗信号；最后，通过数据处理分析单元对所检测的阻抗信号进行分析，获取磨粒的材质及尺寸。

2、本发明提供的阻抗式磨粒材质区分装置及方法，实现了金属磨粒材质的区分，从而获取了更为详细的机械设备的状态信息，其可用于机械设备磨损部位及磨损程度的诊断。

基于上述理由本发明可在机械故障诊断等领域广泛推广。

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为本发明装置结构示意图。

图2为本发明实施例提供的铁磁性磨粒和非铁磁性磨粒产生不同方向的电感脉冲图。

图3为本发明实施例提供的铁磁性磨粒和非铁磁性磨粒产生不同方向的电阻脉冲图。

图4为本发明实施例提供的金属磨粒在2V，2MHz交流电激励下的电感-粒径信号特征曲线图。

图5为本发明实施例提供的金属磨粒在2V，2MHz交流电激励下的电阻-粒径信号特征曲线图。

图中：1、传感线圈；2、通道；3、激励单元；4、检测单元；5、数据处理分析单元。

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。

如图1所示，本发明提供了一种阻抗式磨粒材质区分装置，包括：传感线圈1、通道2、激励单元3、检测单元4以及数据处理分析单元5；其中：

所述通道2紧贴所述传感线圈1表面或穿过传感线圈1内孔，所述传感线圈1连接激励单元3和检测单元4，所述数据处理分析单元5连接所述检测单元4。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述传感线圈1的内孔直径为0.1mm-10mm，匝数为5-2000，用于产生交变电磁场。采用该类微线圈的目地是为提升传感区域的磁场均匀性，以确保检测结果的稳定性。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述通道2用于输送携带有金属磨粒的油液通过所述传感线圈1。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述激励单元3用于向所述传感线圈1施加交流电激励。本实施例中，激励单元3为所述传感线圈1施加2V，2MHz交流电；

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述检测单元4用于检测所述传感线圈1的阻抗变化，并获取磨粒产生的阻抗信号。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述数据处理分析单元5用于分析所述检测单元4获取的阻抗信号，进而获取磨粒的材质及尺寸。所述数据处理分析单元5通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。不同金属的磁导率和电导率差异显著，因此各种金属所产生的信号脉冲值差异显著。根据此原理，数据处理分析单元5利用不同材质金属颗粒的电感-粒径信号特征和电阻-粒径信号特征(电感信号、电阻信号)，通过数据比对可实现金属材质(不锈钢，碳钢，铜，铝，黄铜，铝合金等)的区分。

本发明提供的阻抗式磨粒材质区分装置，其工作原理如下：

激励单元3为传感线圈1施加2V，2MHz交流电后，传感线圈1的周围会产生一交变电磁场。金属磨粒通过传感线圈1时，受磁场影响会产生磁化效应和涡流效应，铁磁性金属磨粒会增强线圈的磁通量，从而增强线圈电感；非铁磁性金属磨粒会削弱线圈磁通量，从而降低线圈电感；金属磨粒会打破线圈趋肤效应和邻近效应的平衡，导致线圈交流电阻的变化。

本发明还提供了一种基于上述阻抗式磨粒材质区分装置的磨粒材质区分方法，包括：

S1、根据所检测的电感信号的方向区分待检测磨粒的大致属性；

S2、若所检测的电感脉冲为正，则为铁磁性磨粒；若所检测的电感脉冲为负，则为非铁磁性磨粒；

S3、通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。

实施例

如图2、3所示，铁磁性磨粒和非铁磁性磨粒会产生的电感信号脉冲及电阻信号脉冲，且0.1mm的不同材质的金属磨粒所产生的信号幅值不一。铁磁性磨粒产生正向的电感脉冲和电阻脉冲，非铁磁性磨粒产生负向的电感脉冲和正向的电阻脉冲。

如图4所示，为不同材质金属磨粒在2V，2MHz交流电激励下的电感-粒径信号特征曲线图。由于磁导率和导电率的差异，不同材质磨粒的电感脉冲幅值随粒径的变化趋势不同。

如图5所示，为不同材质金属磨粒在2V，2MHz交流电激励下的电阻-粒径信号特征曲线图。由于磁导率和导电率的差异，不同材质磨粒的电阻脉冲幅值随粒径的变化趋势不同。基于此，数据处理分析单元5可根据所检测到的电感和电阻脉冲信号来判断磨粒的尺寸和材质。

如当检测单元4检测到2uH的电感信号和3.8Ω的电阻信号，则首先可基于电感信号判断其为铁磁性金属磨粒。在图4中，基于2uH的电感信号可判断其为0.47mm碳钢或0.495mm的不锈钢；在图5中，基于3.8Ω的电阻信号可判断其为0.47mm碳钢或0.69mm的不锈钢；从而可确定产生2uH电感信号和3.8Ω电阻信号的磨粒为0.47mm碳钢。

再如当检测单元4检测到-1uH的电感信号和11.5Ω的电阻信号，则首先可基于电感信号判断其为非铁磁性金属磨粒。在图4中，基于-1uH的电感信号可判断其为0.54mm铜或0.635mm的铝；在图5中，基于11.5Ω的电阻信号可判断其为0.78mm铜或0.635mm的铝；从而可确定产生-1uH电感信号和11.5Ω电阻信号的磨粒为0.635mm铝。

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 (8)

1.一种阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，包括：传感线圈、通道、激励单元、检测单元以及数据处理分析单元；其中：

所述通道紧贴所述传感线圈表面或穿过传感线圈内孔，所述传感线圈连接激励单元和检测单元，所述数据处理分析单元连接所述检测单元。

2.根据权利要求1所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述传感线圈的内孔直径为0.1mm-10mm，匝数为5-2000，用于产生交变电磁场。

3.根据权利要求1所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述通道用于输送携带有金属磨粒的油液通过所述传感线圈。

4.根据权利要求1所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述激励单元用于向所述传感线圈施加交流电激励。

5.根据权利要求1所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述检测单元用于检测所述传感线圈的阻抗变化，并获取磨粒产生的阻抗信号。

6.根据权利要求1所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述数据处理分析单元用于分析所述检测单元获取的阻抗信号，进而获取磨粒的材质及尺寸。

7.根据权利要求6所述的阻抗式磨粒材质区分装置，其特征在于，所述数据处理分析单元通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。

8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述阻抗式磨粒材质区分装置的磨粒材质区分方法，其特征在于，包括：

S1、根据所检测的电感信号的方向区分待检测磨粒的大致属性；

S2、若所检测的电感脉冲为正，则为铁磁性磨粒；若所检测的电感脉冲为负，则为非铁磁性磨粒；

S3、通过不同材质磨粒的电感电阻信号与粒径关系特征曲线来判断产生所测得脉冲信号的磨粒的材质和尺寸。

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