CN205581104U - 一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械摩擦学系统在线监测领域，具体涉及到一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，包括固定座、粘度传感器、水分传感器、磨粒图像传感器、齿轮泵、控制系统及数据分析模块，所述控制系统与所述磨粒图像传感器，所述粘度传感器，所述水分传感器及所述齿轮泵均连接；所述数据分析模块与所述控制系统连接。本实用新型提供一种基于多传感器集成的润滑油综合在线监测系统，通过建立粘度、水分和磨粒图像三类在线传感器的集成采集控制方法，可以有效解决油液理化、污染和磨损的全信息获取与分析，实现设备摩擦学系统运行状态的全信息实时监测。

Description

一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统

技术领域

本实用新型属于机械摩擦学系统在线监测领域，具体涉及到一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统。

背景技术

磨损是装备零部件失效的主要原因，几乎达到机械零件失效总量的80％。随着重大装备智能化及自动化程度的提高，设备的可靠性也遇到了越来越高的挑战，因此各国均开展提高设备高性能和高可靠性的技术研究。其中，磨损状态在线监测技术倍受关注，基于磨损状态分析的设备评价和视情维护成为重大装备状态监测的发展方向。

润滑油信息可分为的理化性能(粘度和氧化等参数)、污染程度(颗粒物和水分等参数)和磨损状态(磨粒和温度等参数)三种，针对不同指标的采集，各类传感器层出不穷。1)理化分析传感器：基于位移、振动原理的粘度传感器得到成功的研制，如美国MEAS公司石英晶体的谐振特性推出的FPS28X0系列传感器，成功获取油液粘度参量。2)污染监测传感器：基于介电常数原理、水活度的水分的传感器应用也很广泛，如Kittiwake公司开发的FG-K163XX系列传感器；美国沃迪森公司开发的EASZ-1型传感器；西安交通大学的“润滑油液微量水分传感器探头及在线监测方法”(申请号：201010295276.9)，能够实时测得润滑油中的微水分含量。3)磨粒监测传感器：美国海军研究所研发的全自动磨损颗粒分析仪(LaserNet Fines)基于光学和图像分析技术实现磨粒类型的在线识别；加拿大Gastop公司开发的基于磨粒感应磁场扰动检测原理的MetalScan传感器可以提供磨粒的大小、浓度等信息；西安交通大学研发的“短沉积距离图像型在线铁谱装置与方法”(申请号：200610041773.X)，使用电磁场主动沉积磨粒，实现磨粒的粒度分布、浓度、形貌等信息的获取。

上述的国内和国际油液分析主要集中在单传感器和单参数测量技术的研究，取得了不错的工程效果。但是对于工况复杂机械设备而言，仅依靠单一信息表征摩擦学状态具有局限性，如摩擦引发的温度升高会导致润滑油的理化性能降低，水分和粉尘等污染物的进入也会劣化润滑油的理化性能；理化性能的降低使得油膜承载能力下降从而导致摩擦副的磨损加剧，磨损产生的颗粒进入油液污染加重，进一步劣化油液。

然而，现有的传感集成系统大多集中于油液理化性能指标的融合，仍缺乏磨粒在线传感器与其他传感器的集成技术，因而不能提供磨粒的特征参数，无法判别磨损机理及磨损部位及磨损故障的诱因，因此在工程应用上受到了一定程度的限制，而且当监测系统出现故障时，更换不方便，费时费力。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少一个上述问题或缺陷，并提供至少一个后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其实现了润滑油的理化、污染和磨损三种信息的综合采集，不仅为润滑油的理化性能衰变分析提供依据，也能实现设备摩擦副的磨损状态辨识。

本实用新型还有一个目的是提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其通过电磁场吸附磨损颗粒后再运行粘度和水分传感器，可以降低铁磁性颗粒对粘度、密度和介电常数等参数的影响，提高监测精度。

本实用新型还有一个目的是提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其在所述铜外壁安装加热带，控制油液的温度为该传感器的最佳工作温度，降低了温度的变化对油液粘度的影响，提高粘度参数的采集精度。

本实用新型再有一个目的是提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其所述粘度传感器和所述水分传感器与所述固定座的可拆卸连接结构，使得更换更为方便，节省时间。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，包括：

固定座，其为上端设有第一开口和第二开口，下端设有水平通道的半封闭结构，所述第一开口与所述水平通道贯通，贯通的空间形成第一容纳空间，所述第二开口与所述水平通道贯通，贯通的空间形成第二容纳空间；

粘度传感器，其收容在所述第一容纳空间内部，且与所述第一容纳空间可拆卸连接，所述粘度传感器的下端设置第一探头，所述第一探头插入所述水平通道，与所述通道中的润滑油接触；

水分传感器，其收容在所述第二容纳空间内部，所述第二容纳空间的两侧壁分别设置有卡槽，所述水分传感器的两侧壁分别设置有卡件，所述卡件插入至所述卡槽内部，所述水分传感器的下端设置第二探头，所述第二探头插入所述水平通道，与所述通道中的润滑油接触；

磨粒图像传感器，其一端通过铜管连接至所述固定座的一端，所述磨粒图像传感器的另一端与进油口连接，所述铜管上套设加热带；

齿轮泵，其一端与所述固定座的另一端连接，所述齿轮泵的另一端与出油口连接；

控制系统，其与所述磨粒图像传感器，所述粘度传感器，所述水分传感器及所述齿轮泵均连接；及

数据分析模块，其与所述控制系统连接；

其中，所述磨粒图像传感器位于所述粘度传感器和所述水分传感器的前面；

其中，所述卡槽和所述卡件的数量相同。

所述控制系统控制所述齿轮泵抽取润滑油形成油液回路，同时控制齿轮泵的转速以调整油液的流速，所述控制系统控制粘度、水分和磨粒图像传感器，提取粘度、密度、水分、介电常数和磨粒特征等信息，控制运行时间，实现数据采集流程的循环。

所述数据分析模块，通过网络传输采用计算机接收所述控制系统所采集的数据，利用软件编程进行数据处理分析与存储。

所述的磨粒图像传感器和所述固定座之间采用所述铜管连接，铜管上缠绕着加热带，系统运行过程中，所述加热带工作，控制油液的温度保持在粘度传感器的最佳工作温度，用以降低温度的变化对油液粘度的影响，实现粘度参数的精确采集。

所述固定座采用级联方式将所述粘度传感器和所述水分传感器安装在固定座上共用一个水平通道，并且所述第一探头和所述第二探头与所述水平通道中的润滑油接触，实现数据的采集。

所述水分传感器与所述固定座通过所述卡件和所述卡槽以可拆卸方式连接，使得所述水分传感器的修理更换更为简单，不用整体废弃固定坐上的所有传感器，而是针对性的更换有故障的传感器，节约了成本。

优选的是，所述粘度传感器的两侧壁分别设置有突起，所述突起呈圆形，所述第一容纳空间的两侧壁分别设置有开口槽，所述开口槽包括彼此连通的细颈段和底部，所述细颈段的宽度小于所述突起的直径，所述细颈段的侧壁为硅胶垫，所述底部呈圆形，且直径与所述突起的直径一致；

其中，所述突起和所述开口槽的数量相同。

所述粘度传感器与所述固定座以可拆卸方式连接，更换的时候，不用整体拆卸，不用整体废弃固定坐上的所有传感器，而是针对性的更换有故障的传感器，节约了成本。

优选的是，所述卡件为弹片。所述弹片插入到所述卡槽内部，将所述水分传感器与所述固定座连接。

优选的是，所述加热带的外壁依次包裹有PE管和防火毯。

在所有的工程塑料中PE的耐磨性居塑料之冠，最引人注目。分子量越高材料就越耐磨，甚至超过许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)。在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍，是普通聚乙烯的9倍；更主要的是它的阻燃、抗静电性能良好，均达到标准要求。在所述加热带外面包裹PE管，非常合适，一是可以提高铜管了的耐压能力，一方面可以保护所述加热带。

防火毯有一种经过特殊处理的玻璃纤维12HS缎纹织物，具有紧密的组织结构和耐高温性，能很好的保护物体远离热力及火花区，并彻底阻止燃烧或隔离燃烧。尤其是对金属结构隔热、绝缘，表现出了很好的防护适应性。一旦周围燃烧或者所述铜管内部燃烧，都可以将燃烧控制在最小范围。

优选的是，所述PE管的内径为所述铜管的外径的2倍，所述防火毯的厚度为20cm。

经过多次燃烧试验，防火毯的厚度设置为20cm，燃烧爆炸危及范围最小。

优选的是，所述加热带的温度为30-65°。

所述铜管上套设所述加热带，系统运行过程中，所述加热带工作，控制油液的温度保持在所述粘度传感器的最佳工作温度，用以降低温度的变化对油液粘度的影响，实现粘度参数的精确采集。

优选的是，所述加热带的温度为40℃。

优选的是，还包括一励磁线圈，所述励磁线圈设置在所述磨粒图像传感器上。

所述磨粒图像传感器安装在所述粘度传感器和所述水分传感器的前端，作用在于采用所述励磁线圈产生电磁场吸附油液中的铁磁性颗粒，使流经所述粘度传感器和所述水分传感器中的润滑油不含铁磁性颗粒，降低铁磁性颗粒对粘度、水分和介电常数的影响，提高参数采集的精度。

本实用新型的有益效果

1、本实用新型提供的一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其实现润滑油的理化、污染和磨损三种信息的综合采集，不仅为润滑油的理化性能衰变分析提供依据，也能实现设备摩擦副的磨损状态辨识。

2、本实用新型提供的一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其采用所述励磁线圈产生的电磁场吸附磨损颗粒后再运行所述粘度传感器和所述水分传感器，可以降低铁磁性颗粒对粘度、密度和介电常数等参数的影响，提高监测精度。

3、本实用新型提供的一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其采用的所述加热带，控制油液的温度为所述粘度传感器的最佳工作温度，降低了温度的变化对油液粘度的影响，提高粘度参数的采集精度。

4、本实用新型提供的一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，所述粘度传感器和所述水分传感器与所述固定座的可拆卸连接方式，使得两者发生故障后，可以选择性地拆卸更换，降低了成本，简化了操作。

5、本实用新型提供的一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其在加热带的外壁包裹PE管和防火毯，既提高了所述铜管的耐压能力，又双重保护了所述加热带，提高了现场操作的安全性。

附图说明

图1是本实用新型所述的基于传感器集成的润滑油在线监测系统的结构原理图；

图2为本实用新型所述粘度传感器和所述水分传感器安装在所述固定座的结构图示意图；

图3为本实用新型所述磨粒图像传感器、所述粘度传感器和所述水分传感器的连接结构示意图；

图4为本实用新型的所述开口槽和所述突起结合的结构示意图；

图5为本实用新型的所述卡件和所述卡槽结合的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，包括：

固定座1，其为上端设有第一开口2和第二开口3，下端设有水平通道4的半封闭结构，所述第一开口2与所述水平通道4贯通，贯通的空间形成第一容纳空间，所述第二开口3与所述水平通道4贯通，贯通的空间形成第二容纳空间；

粘度传感器5，其收容在所述第一容纳空间内部，且与所述第一容纳空间可拆卸连接，所述粘度传感器5的下端设置第一探头6，所述第一探头6插入所述水平通道4，与所述通道4中的润滑油接触；

水分传感器7，其收容在所述第二容纳空间内部，所述第二容纳空间的两侧壁分别设置有卡槽8，所述水分传感器的两侧壁分别设置有卡件9，所述卡件9插入至所述卡槽8内部，所述水分传感器7的下端设置第二探头10，所述第二探头10插入所述水平通道4，与所述水平通道4中的润滑油接触；

磨粒图像传感器11，其一端通过铜管12连接至所述固定座1的一端，所述磨粒图像传感器11的另一端与进油口13连接，所述铜管12上套设加热带14；

齿轮泵，其一端与所述固定座的另一端连接，所述齿轮泵的另一端与出油口连接；

控制系统，其与所述磨粒图像传感器11，所述粘度传感器5，所述水分传感器7及所述齿轮泵均连接；及

数据分析模块，其与所述控制系统连接；

其中，所述磨粒图像传感器11位于所述粘度传感器5和所述水分传感器7的前面；

其中，所述卡槽8和所述卡件9的数量相同。

所述控制系统控制所述齿轮泵抽取润滑油形成油液回路，同时控制齿轮泵的转速以调整油液的流速，所述控制系统控制粘度传感器5、水分传感器7和磨粒图像传感器11，提取粘度、密度、水分、介电常数和磨粒特征等信息，控制运行时间，实现数据采集流程的循环。

所述数据分析模块，通过网络传输采用计算机接收所述控制系统所采集的数据，利用软件编程进行数据处理分析与存储。

所述的磨粒图像传感器11和所述固定座1之间采用所述铜管12连接，铜管12上缠绕着加热带14，系统运行过程中，所述加热带14工作，控制油液的温度保持在粘度传感器5的最佳工作温度，用以降低温度的变化对油液粘度的影响，实现粘度参数的精确采集。

所述固定座1采用级联方式将所述粘度传感器5和所述水分传感器7安装在固定座1上共用一个水平通道，并且所述第一探头6和所述第二探头10与所述水平通道4中的润滑油接触，实现数据的采集。

所述水分传感器7与所述固定座1通过所述卡件9和所述卡槽8以可拆卸方式连接，使得所述水分传感器7的修理更换更为简单，不用整体废弃固定座1上的所有传感器，而是针对性的更换有故障的传感器，节约了成本。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述粘度传感器5的两侧壁分别设置有突起18，所述突起呈圆形，所述第一容纳空间的两侧壁分别设置有开口槽19，所述开口槽19包括彼此连通的细颈段20和底部21，所述细颈段20的宽度小于所述突起18的直径，所述细颈段20的侧壁为硅胶垫，所述底部21呈圆形，且直径与所述突起18的直径一致；所述突起18和所述开口槽19的数量相同。

所述粘度传感器5与所述固定座1以可拆卸方式连接，更换的时候，不用整体拆卸，不用整体废弃固定坐上的所有传感器，而是针对性的更换有故障的传感器，节约了成本。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述卡件9为弹片。所述弹片插入到所述卡槽8内部，将所述水分传感器7与所述固定座1连接。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述加热带14的外壁依次包裹有PE管和防火毯。

在所有的工程塑料中PE的耐磨性居塑料之冠，最引人注目。分子量越高材料就越耐磨，甚至超过许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)。在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍，是普通聚乙烯的9倍；更主要的是它的阻燃、抗静电性能良好，均达到标准要求。在所述加热带外面包裹PE管，非常合适，一是可以提高铜管了的耐压能力，一方面可以保护所述加热带。

防火毯有一种经过特殊处理的玻璃纤维12HS缎纹织物，具有紧密的组织结构和耐高温性，能很好的保护物体远离热力及火花区，并彻底阻止燃烧或隔离燃烧。尤其是对金属结构隔热、绝缘，表现出了很好的防护适应性。一旦周围燃烧或者所述铜管内部燃烧，都可以将燃烧控制在最小范围。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述PE管的内径为所述铜管的外径的2倍，所述防火毯的厚度为20cm。

经过多次燃烧试验，防火毯的厚度设置为20cm，燃烧爆炸危及范围最小。

防火毯有一种经过特殊处理的玻璃纤维12HS缎纹织物，具有紧密的组织结构和耐高温性，能很好的保护物体远离热力及火花区，并彻底阻止燃烧或隔离燃烧。防火毯的厚度仅为1.0mm，耐高温达到550度，可大量使用在船舶业对船架构造及修理方面；也可以使用在石油化工企业对金属结构等隔热、绝缘及需要焊接的地方，表现出了很好的防护适应性。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，优选的是，所述加热带的温度为30-65°。

所述铜管上套设所述加热带，系统运行过程中，所述加热带工作，控制油液的温度保持在所述粘度传感器的最佳工作温度，用以降低温度的变化对油液粘度的影响，实现粘度参数的精确采集。

润滑油的寿命与其工作温度密切相关，经验告诉我们，当工作油温超过60℃以上后，每增加8℃，油的使用寿命就会减半，即90℃油的寿命是60℃油寿命的10％左右，原因是油被氧化，氧气和油中的碳氢化合物进行反应，使油慢慢氧化、颜色变黑、黏度上升，最后可能严重到氧化物不能溶解于油中，而是以棕色黏液层沉积在系统某处,极易堵塞元件中的控制油道，使滚珠轴承、阀芯、液压泵的活塞等摩损加剧,影响系统正常运行.氧化还会产生腐蚀酸液.氧化过程开始慢慢地进行,当达到某种阶段后，氧化速度会突然加快，黏度会跟着突然上升，结果导致工作油温升高，氧化过程更快，累积的沉淀物和酸液会更多，最后使油液无法再用。

在上述实施例的基础上，又一个实施例所述加热带的温度为40℃。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，还包括一励磁线圈22，所述励磁线圈22设置在所述磨粒图像传感器11上。

所述磨粒图像传感器11安装在所述粘度传感器5和所述水分传感器7的前端，作用在于采用所述励磁线圈22产生电磁场吸附油液中的铁磁性颗粒，使流经所述粘度传感器5和所述水分传感器7中的润滑油不含铁磁性颗粒，降低铁磁性颗粒对粘度、水分和介电常数的影响，提高参数采集的精度。

参照图1，润滑油的所述13进油口与所述磨粒图像传感器11连接，所述磨粒图像传感器11的另一端与所述固定座1连接，固定座1上安装所述粘度传感器5和所述水分传感器7，所述固定座1的另一端连接所述齿轮泵，所述齿轮泵另一端连接润滑油的出油口，所述进油口13和出油口均与设备的润滑系统连接形成油液回路。

参照图1，所述磨粒图像传感器11、所述粘度传感器5和所述水分传感器7以及所述齿轮泵均与所述控制系统连接，并由所述控制系统统一控制。

参照图1，所述控制系统与所述数据分析模块连接。

系统上电，进行参数配置；所述齿轮泵运行，电压为V1，冲刷油液回路；开启所述加热带14，所述加热带14工作，维持管路油液温度为40℃，所述齿轮泵电压降为V2(V2<V1)，同时所述磨粒图像传感器11运行，所述励磁线圈22产生高梯度磁场，吸附铁磁性磨粒，吸附完成后，所述齿轮泵再次降压为V3(V3<V2)，CMOS拍摄磨粒图像，进行图像处理提取磨粒特征(浓度、尺寸、数量和颜色等)，所述齿轮泵电压恢复至V1，冲刷油液回路，同时所述磨粒图像传感器11的所述励磁线圈22退磁，然后所述齿轮泵电压降为V2，所述磨粒图像传感器11运行，保持磨粒吸附状态，所述粘度传感器5运行，采集粘度和密度信息，所述水分传感器7运行，采集水分和介电常数等信息，信息采集完成之后，所述齿轮泵电压恢复至V1，冲刷油液回路，所述磨粒图像传感器11的所述励磁线圈22退磁，退磁完成后，所述齿轮泵断电，所述加热带14断电，同时将磨粒特征和油液特征信息通过TCP/IP网络通信协议传输至数据分析模块中的计算机，计算机软件分析系统对数据进行综合分析，等待循环周期时间到达，系统重新运行。

本实用新型还有其他供选择的实施例，这里就不再做详细说明。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，包括：

固定座，其为上端设有第一开口和第二开口，下端设有水平通道的半封闭结构，所述第一开口与所述水平通道贯通，贯通的空间形成第一容纳空间，所述第二开口与所述水平通道贯通，贯通的空间形成第二容纳空间；

粘度传感器，其收容在所述第一容纳空间内部，且与所述第一容纳空间可拆卸连接，所述粘度传感器的下端设置第一探头，所述第一探头插入所述水平通道，与所述水平通道中的润滑油接触；

水分传感器，其收容在所述第二容纳空间内部，所述第二容纳空间的两侧壁分别设置有卡槽，所述水分传感器的两侧壁分别设置有卡件，所述卡件插入至所述卡槽内部，所述水分传感器的下端设置第二探头，所述第二探头插入所述水平通道，与所述水平通道中的润滑油接触；

磨粒图像传感器，其一端通过铜管连接至所述固定座的一端，所述磨粒图像传感器的另一端与进油口连接，所述铜管上套设加热带；

齿轮泵，其一端与所述固定座的另一端连接，所述齿轮泵的另一端与出油口连接；

控制系统，其与所述磨粒图像传感器，所述粘度传感器，所述水分传感器及所述齿轮泵均连接；及

数据分析模块，其与所述控制系统连接；

其中，所述磨粒图像传感器位于所述粘度传感器和所述水分传感器的前面；

其中，所述卡槽和所述卡件的数量相同。

2.如权利要求1所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述粘度传感器的两侧壁分别设置有突起，所述突起呈圆形，所述第一容纳空间的两侧壁分别设置有开口槽，所述开口槽包括彼此连通的细颈段和底部，所述细颈段的宽度小于所述突起的直径，所述细颈段的侧壁为硅胶垫，所述底部呈圆形，且直径与所述突起的直径一致；

其中，所述突起和所述开口槽的数量相同。

3.如权利要求1所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述卡件为弹片。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述加热带的外壁依次包裹有PE管和防火毯。

5.如权利要求4所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述PE管的内径为所述铜管的外径的2倍，所述防火毯的厚度为20cm。

6.如权利要求5所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述加热带的温度为30-65°。

7.如权利要求6所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，所述加热带的温度为40°。

8.如权利要求1所述的基于多传感器集成的润滑油在线监测系统，其特征在于，还包括一励磁线圈，所述励磁线圈设置在所述磨粒图像传感器上。