CN211978642U - 一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械设备状态监测技术领域，尤其涉及装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置。包括激励源电路、传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、通信电路和上位机，激励源电路用于产生两路相同的激励信号，一路激励信号输入到信号调理电路，另一路激励信号共同输入到传感器的两个激励线圈，通过传感器的感应线圈转化为感应信号后输入到信号调理电路，信号调理电路用于将激励信号和感应信号进行调理后输入模数转换电路，模数转换电路用于将调理后的信号进行模数转换后输入微处理器，微处理器用于将转换后的信号进行处理得到磨粒信息后通过通信电路发送至上位机。该装置精确监测油液数量和尺寸变化，监测精度高、输入阻抗大且抗干扰能力强。

Description

一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及机械设备状态监测技术领域，尤其涉及一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置。

背景技术

设备磨损失效是最常见的失效形式，机械设备70％以上的故障与磨损有关，通过对油液的监测和分析所获得的参数能很好地判断设备的润滑磨损状态。目前在工业发达的国家中，油液分析技术正在或已经成为机械设备状态监测及故障诊断的不可缺少的方法之一，在发动机、齿轮传动、轴承系统、液压系统等方面取得了显著的效益。

油液分析技术分为离线式和在线式。离线式监测系统主要集中在光谱分析、铁谱分析、颗粒计数、油品理化分析等方面。在线式监测系统采用的分析原理主要有电磁法、X射线能谱、静电法和光电法等。其中，离线式监测系统具有很高的监测精度，但是实验室分析费时较长(需要采集、传送、处理样品和等待分析结果)和检测成本高，可能出现实验室分析结果未完成而系统里的油液质量已经变差导致系统损坏的情况。因此离线式监测系统存在工作量大、不能实时反应油液的特征、会造成迟判误判以及检测仪器成本高的缺点。

在线式监测系统很好克服了离线式监测系统成本高、操作复杂、实时性较差等问题，成为新一代油液监测技术发展的主要方向。但油液在线监测具有很多干扰因素，要想及时发现问题就必须具备很高的测量精度。但是目前的在线式监测系统普遍存在监测系统易受工作环境恶劣的影响、监测系统监测精度低、输入阻抗小、抗干扰能力弱的问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其解决了现有在线式监测系统易受工作环境恶劣的影响、监测精度低，输入阻抗小，抗干扰能力弱的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型实施例提供一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置。

本实用新型实施例提出的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，包括激励源电路、传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、通信电路和上位机，其中，传感器包括两个激励线圈和一个感应线圈，激励源电路用于产生两路完全相同的激励信号，其中一路激励信号用于直接输入到信号调理电路，另一路激励信号用于共同输入到传感器的两个激励线圈，并通过传感器的感应线圈转化为感应信号后输入到信号调理电路，信号调理电路用于将激励信号和感应信号进行调理并将调理后的信号输入模数转换电路，模数转换电路用于将调理后的信号进行模数转换并将转换后的信号输入微处理器，微处理器用于将转换后的信号进行处理得到磨粒信息并将磨粒信息通过通信电路发送至上位机。该装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置不仅能够精确监测油液磨粒数量、尺寸的变化，同时对传感器输出影响小、不易受工作环境恶劣的影响、监测精度高、输入阻抗大且抗干扰能力强。

可选地，激励源电路包括DDS信号发生电路、电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路，其中，DDS信号发生电路用于在微处理器的控制下产生正弦信号，正弦信号依次经过电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路的处理得到两路完全相同的激励信号。

可选地，传感器为三螺线管型电感式传感器，以三螺线管型电感式传感器的骨架中心作为所述润滑油的油路，在骨架的两侧分别绕制激励线圈，在骨架的中间绕制感应线圈，感应线圈的中点与激励线圈的轴向中点重合。

可选地，信号调理电路包括前级运算放大电路、AM波解调电路、低通滤波电路、高通滤波电路和后级运算放大电路，其中，前级运算放大电路用于对激励信号和感应信号进行同比例放大并将放大后的信号输入AM波解调电路，AM波解调电路用于对放大后的信号进行解调并将解调后的信号输入低通滤波电路，低通滤波电路用于对解调后的信号进行低通滤波并将滤波后的低频信号输入高通滤波电路，高通滤波电路用于对滤波后的低频信号进行高通滤波并将滤波后的信号输入后级运算放大电路，后级运算放大电路用于对滤波后的信号进行比例放大。

可选地，前级运算放大电路选用AD620芯片，AM波解调电路选用AD835乘法器，低通滤波电路选用二阶巴特沃斯低通滤波器，高通滤波电路选用无源二阶RC高通滤波器，后级运算放大电路选用AD620芯片。

可选地，模数转换电路中的ADC芯片选用CS1237。该芯片为单电源供电，高精度低功耗，真双极性差分模拟输入，微处理器可以通过2线的串行外设接口SCLK、DOUT与CS1237芯片进行通信，对其进行配置，如通道选择、PGA选择、输出速率选择等。

可选地，微处理器选用LPC1768微控制器。LPC1768微控制器是NXP公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的微控制器LPC17XX系列中的一员，LPC17XX系列Cortex-M3微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。

可选地，通信电路选用RSM485光电隔离芯片，选用RS485串口通讯。RSM485系列隔离收发器模块集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片和总线保护器件于一身，方便嵌入用户设备，使产品具有连接RS-485网络的功能。

可选地，DDS信号发生电路选用AD9833芯片。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，由于采用激励源电路、传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、通信电路和上位机之间相互配合，相对于现有技术而言，其可以实时精确监测油液磨粒数量、尺寸的变化，同时传感器输出不易受工作环境恶劣的影响、监测精度高、输入阻抗大且抗干扰能力强。

附图说明

图1为本实用新型的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置的原理框图；

图2为本实用新型的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置中传感器的结构示意图；

图3为本实用新型的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置中传感器的结构原理图；

图4为本实用新型的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置中传感器的原理示意图。

【附图标记说明】

1：激励源电路；2：传感器；3：信号调理电路；4：模数转换电路；5：微处理器；6：通信电路；7：上位机。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

本实用新型实施例提出的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，采用激励源电路、传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、通信电路和上位机之间相互配合，相对于现有技术而言，其可以精确监测油液磨粒数量、尺寸的变化，同时传感器输出不易受工作环境恶劣的影响、监测精度高、输入阻抗大且抗干扰能力强。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例

本实施例提供一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，如图1所示，包括激励源电路1、传感器2、信号调理电路3、模数转换电路4、微处理器5、通信电路6和上位机7。

其中，传感器2包括两个激励线圈和一个感应线圈；

激励源电路1用于产生两路完全相同的激励信号，其中一路激励信号用于直接输入到信号调理电路，另一路激励信号用于共同输入到传感器2的两个激励线圈，并通过传感器2的感应线圈转化为感应信号后输入到信号调理电路3；

信号调理电路3用于将激励信号和感应信号进行调理并将调理后的信号输入模数转换电路4；

模数转换电路4用于将调理后的信号进行模数转换并将转换后的信号输入微处理器5；

微处理器5用于将转换后的信号进行处理得到磨粒信息，并将磨粒信息通过通信电路6发送至上位机7。其中，磨粒信息包括磨粒的数量和尺寸。

上位机7用于实现磨粒信息按磨粒尺寸的区段显示、磨粒尺寸增长趋势显示及磨粒数量的存储功能。

具体地，激励源电路1包括DDS信号发生电路、电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路。其中，DDS信号发生电路在微处理器的控制下输出频率为1kHz，相位为0的正弦小信号，然后使用双运算放大器NE5532对正弦小信号进行电压跟随和同相比例放大，目的是加大信号的幅度和信号的驱动能力，将放大后的信号通过推挽式甲乙类功放电路，并和前端同相比例放大电路形成大环路负反馈，对放大器的频率特性、失真率和输出阻抗进行改善，使信号进一步放大并加大功率，使其可以激励传感器2的激励线圈，该推挽式甲乙类功放电路在8Ω的负载下可以达到5W以上的输出功率，且波形无明显失真，满足驱动激励线圈的要求。

优选地，DDS信号发生电路选用AD9833芯片，AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器，通过一个三线式串行接口写入数据，能够产生正弦波、三角波和方波输出。输出频率和相位可通过微处理器软件进行编程，调整简单，无需外部元件。频率寄存器为28位，当时钟速率为25MHz时，可以实现0.1Hz的分辨率；当时钟速率为1MHz时，则可以实现0.004Hz的分辨率。

如图2所示，传感器2为三螺线管型电感式传感器，以三螺线管型电感式传感器的骨架中心作为润滑油的油路，在骨架上绕制激励线圈和感应线圈。其中，三螺线管型电感式传感器的骨架中心选用磁惰性材料制成，在骨架的两侧绕制两个完全相同的激励线圈(激励线圈1和激励线圈2)，在骨架的中间绕制感应线圈，感应线圈的中点与两个激励线圈的轴向中点重合。

当油液中没有金属磨粒通过传感器2时，传感器2的两个激励线圈中的激励信号为等大反向的，此时感应线圈不产生感应信号。当油液中有金属磨粒通过传感器2时，两个激励线圈中的平衡状态被打破，此时感应线圈产生感应信号。

信号调理电路3包括前级运算放大电路、AM波解调电路、低通滤波电路、高通滤波电路和后级运算放大电路。其中，前级运算放大电路用于对激励信号和感应信号进行同比例放大并将放大后的信号输入AM波解调电路，AM波解调电路用于对放大后的信号进行解调并将解调后的信号输入低通滤波电路，低通滤波电路用于对解调后的信号进行低通滤波并将滤波后的低频信号输入高通滤波电路，高通滤波电路用于对滤波后的低频信号进行高通滤波并将滤波后的信号输入后级运算放大电路，后级运算放大电路用于对滤波后的信号进行比例放大。

具体地，前级放大电路选用AD620芯片对激励信号和感应信号进行比例放大。由于传感器2的感应信号为普通调幅信号(AM波)，通过比例放大后要使用典型的AM波解调电路对信号进行解调。选用AD835乘法器，将感应信号与激励信号进行相乘后，分别经过二阶巴特沃斯低通滤波器和无源二阶RC高通滤波器得到包络信号。由于包络信号幅度较小，所以使用后级运算放大电路对包络信号继续进行比例放大，后级运算放大电路选用AD620芯片，使其最大的输出幅值要接近模数转换电路输入的最大值。

模数转换电路4选用CS1237芯片，该芯片为单电源供电，高精度低功耗，真双极性差分模拟输入，微处理器LPC1768可以通过2线的SPI接口SCLK、DOUT与CS1237进行通信，对其进行配置，如通道选择、PGA选择、输出速率选择，将包络信号的模拟信号转换成微处理器可以分析处理的数字信号。

微处理器5选用LPC1768微控制器，LPC1768是NXP公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的微控制器LPC17XX系列中的一员。LPC17XX系列Cortex-M3微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。

通信电路6选用RS485串口通讯，采用RSM485光电隔离芯片。RSM485系列隔离收发器模块，是集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片和总线保护器件于一身的，方便嵌入用户设备，使产品具有连接RS-485网络的功能。该系列模块采用灌封工艺，具有很好的隔离特性，隔离电压高达2500VDC。

上述装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置的监测步骤如下：

步骤S1、激励源电路的DDS模块在微处理器LPC1768的控制下产生1kHz的正弦小信号，该正弦小信号通过后级的电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路产生两路相同的激励信号，其中一路激励信号输入到信号调理电路，另一路激励信号输入传感器的激励线圈；

步骤S2、由于传感器的磁惰性材料制成的骨架中心是油液的油路，当油液中没有金属磨粒通过传感器线圈时，两个激励线圈中的激励信号为等大反向的，感应线圈中不产生感应信号；当油液中有金属磨粒通过传感器线圈时，两个激励线圈的平衡状态被打破，感应线圈中产生感应信号，由于相对电感发生变化，金属磨粒从传感器的一端到另一端的过程中会产生一个类似AM调制波的信号，其中信号大小与磨粒的数量和尺寸有关；

步骤S3、信号调理电路中前级运算放大电路对激励信号和感应信号进行同比例放大并将放大后的信号输入AM波解调电路，AM波解调电路对放大后的信号进行解调并将解调后的信号依次输入低通滤波电路和高通滤波电路得到包络信号，后级运算放大电路对包络信号进行比例放大，使其最大的输出幅值要接近后级模数转换电路输入的最大值；

步骤S4、模数转换电路选用CS1237芯片，将包络信号的模拟信号转换成微处理器可以分析处理的数字信号，并将数字信号输入微处理器；

步骤S5、微处理器对CS1237芯片进行实时的采集，当有金属磨粒通过传感器时，LPC1768通过接收到的数字信号分析判断金属磨粒的数量和尺寸信息，并将该数量和尺寸信息通过RS485通信的方式发送给上位机。

步骤S6、上位机使用QT Creator编程，将接收到的磨粒数量和尺寸信息存至数据库，对按照铁磁、非铁磁性及颗粒尺寸进行分段显示，并将某一时间段的磨粒信息按时间、磨粒尺寸进行趋势波形显示。

综合上述，该监测装置结构合理，采用乘法器对AM波解调，配合多级运放及滤波电路，实现对传感器输出的微弱信号的监测，灵敏度高，线性度好，抗干扰能力强，工作稳定可靠，操作方便，实时性好，测量精度高，监测结果准确可靠。可运用于各种装甲车辆，对发动机和变速箱中油液的磨粒污染程度进行实时的监测，避免由于磨损或者油液中磨粒过多不能及时发现和处理而引起机械故障。

应当注意的是，位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本实用新型可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种修改和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (9)

1.一种装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，包括激励源电路、传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、通信电路和上位机；

所述传感器包括两个激励线圈和一个感应线圈；

所述激励源电路用于产生两路完全相同的激励信号，其中一路激励信号用于直接输入到信号调理电路，另一路激励信号用于共同输入到传感器的两个激励线圈，并通过传感器的感应线圈转化为感应信号后输入到信号调理电路；

所述信号调理电路用于将激励信号和感应信号进行调理并将调理后的信号输入模数转换电路；

所述模数转换电路用于将调理后的信号进行模数转换并将转换后的信号输入微处理器；

所述微处理器用于将转换后的信号进行处理得到磨粒信息并将磨粒信息通过通信电路发送至上位机。

2.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述激励源电路包括DDS信号发生电路、电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路；

所述DDS信号发生电路用于在微处理器的控制下产生正弦信号，正弦信号依次经过电压跟随电路、同相比例放大电路和推挽式甲乙类功放电路的处理得到两路完全相同的激励信号。

3.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述传感器为三螺线管型电感式传感器，以三螺线管型电感式传感器的骨架中心作为润滑油的油路，在骨架的两侧分别绕制激励线圈，在骨架的中间绕制感应线圈，感应线圈的中点与激励线圈的轴向中点重合。

4.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括前级运算放大电路、AM波解调电路、低通滤波电路、高通滤波电路和后级运算放大电路；

所述前级运算放大电路用于对激励信号和感应信号进行同比例放大并将放大后的信号输入AM波解调电路；

所述AM波解调电路用于对放大后的信号进行解调并将解调后的信号输入低通滤波电路；

所述低通滤波电路用于对解调后的信号进行低通滤波并将滤波后的低频信号输入高通滤波电路；

所述高通滤波电路用于对滤波后的低频信号进行高通滤波并将滤波后的信号输入后级运算放大电路；

所述后级运算放大电路用于对滤波后的信号进行比例放大。

5.如权利要求4所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述前级运算放大电路选用AD620芯片，所述AM波解调电路选用AD835乘法器，所述低通滤波电路选用二阶巴特沃斯低通滤波器，所述高通滤波电路选用无源二阶RC高通滤波器，所述后级运算放大电路选用AD620芯片。

6.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述模数转换电路中选用CS1237芯片。

7.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述微处理器选用LPC1768微控制器。

8.如权利要求1所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述通信电路选用RSM485光电隔离芯片，选用RS485串口通讯。

9.如权利要求2所述的装甲车辆润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于，所述DDS信号发生电路选用AD9833芯片。

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