CN217033503U - 一种电感式磨粒检测传感装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电感式磨粒检测传感装置及系统，涉及油液检测技术领域。该电感式磨粒检测传感装置包括检测组件、信号发生器和锁相放大器；所述检测组件包括第一激励线圈、第二激励线圈、检测线圈、激励电容和交流电源，所述第一激励线圈、所述检测线圈、所述第二激励线圈依次并排设置，所述第一激励线圈、所述第二激励线圈、所述激励电容、所述交流电源并联；所述信号发生器分别与所述交流电源、所述锁相放大器连接；所述锁相放大器与所述检测线圈连接。该电感式磨粒检测传感装置可以实现提高激励线圈LC回路对期望谐振频率的调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，以及提高电路的稳定性的技术效果。

Description

一种电感式磨粒检测传感装置及系统

技术领域

本申请涉及油液检测技术领域，具体而言，涉及一种电感式磨粒检测传感装置及系统。

背景技术

目前，油液监测需要对油污染进行分析，主要是分析油品的理化指标如粘度、水分、酸值、闪点、机械杂质、磨粒等，通常采用石油产品性能指标测定方法对在用润滑剂进行检测，以评价其质量的变化。

现有的油液磨粒检测设备中，激励线圈LC并联谐振回路设计是将传感器中两个激励线圈分别与电容组成两个独立的LC并联谐振回路；传感器线圈结构设计的检测原理采用电感平衡原理，因此首先调节激励线圈LC谐振回路，并使检测线圈在非谐振状态下输出感应电动势近似为0。此时，检测线圈为开路状态，忽略激励线圈与检测线圈互感对激励线圈总互感电压的影响。在待测油液通过传感器线圈时，通过检测线圈输出的电信号进行分析处理，获得待测油液中的磨粒信息。但是，现有的激励线圈LC并联谐振回路设计中两个激励线圈的等效电感与线圈自身电感量、自身电流、互感线圈电流、互感系数有关，其中计算复杂，且实际中还受到其他因素的影响，计算结果与实际存在误差，不能快速匹配相应的LC并联谐振电容。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种电感式磨粒检测传感装置及系统，可以实现提高激励线圈LC回路对期望谐振频率的调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，以及提高电路的稳定性的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种电感式磨粒检测传感装置，包括检测组件、信号发生器和锁相放大器；

所述检测组件包括第一激励线圈、第二激励线圈、检测线圈、激励电容和交流电源，所述第一激励线圈、所述检测线圈、所述第二激励线圈依次并排设置，所述第一激励线圈、所述第二激励线圈、所述激励电容、所述交流电源并联；

所述信号发生器分别与所述交流电源、所述锁相放大器连接；

所述锁相放大器与所述检测线圈连接。

在上述实现过程中，该电感式磨粒检测传感装置对第一激励线圈、第二激励线圈采用整体并联，再与激励电容组成LC并联谐振回路，只需要调节一个激励电容即可对整体电路的期望谐振频率进行调节，从而提高激励线圈LC回路对期望谐振频率的调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，实现提高电路的稳定性的技术效果。

进一步地，所述检测组件还包括检测电容，所述检测电容与所述检测线圈并联。

在上述实现过程中，检测电容与检测线圈组成一个LC谐振回路。

进一步地，所述锁相放大器包括相敏检波器，所述相敏检波器分别与所述检测线圈、所述信号发生器连接。

在上述实现过程中，相敏检波器是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波器件。

进一步地，所述锁相放大器还包括前置放大器，所述检测线圈通过所述前置放大器与所述相敏检波器连接。

在上述实现过程中，前置放大器可以对检测线圈产生的微弱信号进行放大，提高对微弱信号的检测能力。

进一步地，所述锁相放大器还包括滤波器，所述滤波器与所述相敏检波器连接。

进一步地，所述信号发生器包括激励信号接口和参考信号接口，所述激励信号接口与所述交流电源连接，所述参考信号接口与所述锁相放大器连接。

进一步地，所述信号发生器还包括移相单元，所述锁相放大器通过所述移相单元连接所述参考信号接口。

进一步地，所述装置还包括输出接口，所述输出接口与所述锁相放大器连接。

在上述实现过程中，输出接口可以连接示波器，通过示波器显示磨粒检测结果。

进一步地，所述输出接口为直流输出接口。

第二方面，本申请实施例提供了一种电感式磨粒检测传感系统，包括如第一方面任一项所述的电感式磨粒检测传感装置。

本申请公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的电感式磨粒检测传感装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电感式磨粒传感器激励线圈LC并联谐振的等效电路图；

图3为本申请实施例提供的激励线圈异名端LC并联谐振的等效电路图；

图4为本申请实施例提供的LC回路阻抗模|Z|-频率f特性曲线的示意图。

图标：100-检测组件；110-第一激励线圈；120-第二激励线圈；130-检测线圈；140-激励电容；150-交流电源；160-检测电容；200-信号发生器；210-激励信号接口；220-参考信号接口；230-移相单元；300-锁相放大器；310-相敏检波器；320-前置放大器；330-滤波器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

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定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供了一种电感式磨粒检测传感装置及系统，可以应用于油液的金属磨粒检测中；该电感式磨粒检测传感装置对第一激励线圈、第二激励线圈采用整体并联，再与激励电容组成LC并联谐振回路，只需要调节一个激励电容即可对整体电路的期望谐振频率进行调节，从而提高激励线圈LC回路对期望谐振频率的调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，实现提高电路的稳定性的技术效果。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的电感式磨粒检测传感装置的结构示意图，该电感式磨粒检测传感装置包括检测组件100、信号发生器200和锁相放大器300。

示例性地，检测组件100包括第一激励线圈110、第二激励线圈120、检测线圈130、激励电容140和交流电源150，第一激励线圈110、检测线圈130、第二激励线圈120依次并排设置，第一激励线圈110、第二激励线圈120、激励电容140、交流电源150并联。

示例性地，第一激励线圈110、第二激励线圈120、激励电容140组成LC并联谐振回路，在交流电源150的作用下产生变化的磁场；从而，检测线圈130产生感应信号(感应电动势和感应电流)；从而，待检测油液从第一激励线圈110、检测线圈130、第二激励线圈120中流过时，根据检测线圈130的感应信号推导出待测油液中金属磨粒的相关参数。

示例性地，信号发生器200分别与交流电源150、锁相放大器300连接。

示例性地，信号发生器200给交流电源150提供激励信号，信号发生器200给锁相放大器300提供参考信号。信号发生器200可以产生正弦交流信号，以及完成一定的移相功能。

示例性地，锁相放大器300与检测线圈130连接。

示例性地，锁相放大器300也称为相位检测器，是一种可以从干扰极大的环境(信噪比可低至-60dB，甚至更低)中分离出特定载波频率信号的放大器。锁相放大器300可以完成磨粒微弱信号的检测。

在一些实施方式中，该电感式磨粒检测传感装置对第一激励线圈110、第二激励线圈120采用整体并联，再与激励电容140组成LC并联谐振回路，只需要调节一个激励电容140即可对整体电路的期望谐振频率进行调节，从而提高激励线圈LC回路对期望谐振频率的调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，实现提高电路的稳定性的技术效果。

示例性地，检测组件100还包括检测电容160，检测电容160与检测线圈130并联。

示例性地，检测电容160与检测线圈130组成一个LC谐振回路。

示例性地，锁相放大器300包括相敏检波器310，相敏检波器310分别与检测线圈130、信号发生器200连接。

示例性地，相敏检波器310是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波器件。

示例性地，锁相放大器300还包括前置放大器320，检测线圈130通过前置放大器320与相敏检波器310连接。

示例性地，前置放大器320可以对检测线圈130产生的微弱信号进行放大，提高对微弱信号的检测能力。

示例性地，锁相放大器300还包括滤波器330，滤波器330与相敏检波器310连接。

示例性地，信号发生器200包括激励信号接口210和参考信号接口220，激励信号接口210与交流电源150连接，参考信号接口220与锁相放大器300连接。

示例性地，信号发生器200还包括移相单元230，锁相放大器300通过移相单元230连接参考信号接口220。

示例性地，该电感式磨粒检测传感装置还包括输出接口，输出接口与锁相放大器300连接。

示例性地，输出接口可以连接示波器，通过示波器显示磨粒检测结果。

示例性地，输出接口为直流输出接口。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的电感式磨粒传感器激励线圈LC并联谐振的等效电路图。

示例性地，图2为现有的激励线圈LC并联谐振回路设计，是将传感器中两个激励线圈分别与电容组成两个独立的LC并联谐振回路。

根据传感器线圈结构设计检测原理采用电感平衡原理，因此首先调节激励线圈LC谐振回路，并使检测线圈130在非谐振状态下输出感应电动势近似为0。此时，检测线圈130为开路状态，忽略激励线圈(第一激励线圈110、第二激励线圈120)与检测线圈130互感对激励线圈总互感电压的影响。

若设第一激励线圈110和第二激励线圈120的电感量和电流分别为(L₁，i₁)和(L₂，i₂)，两激励线圈间互感系数为M₁₂(第一激励线圈110和检测线圈130的互感系数为M₁₃，第二激励线圈120和检测线圈130的互感系数为M₂₃)，第一激励线圈110和第二激励线圈120的等效电感和等效电流分别为(L_q1，i′_L1)、(L_q2，i′_L2)，根据法拉第电磁感应定律，自感电动势

互感电动势

根据电感元件的交流电路和互感原理，无磨粒时，第一激励线圈110和第二激励线圈120总的感应电动势E₁和E₂分别为：

则激励线圈LC并联谐振频率为：

其中，电容C₁、电容C₂分别与第一激励线圈110、第二激励线圈120组成LC谐振电路。

根据式(3)、式(4)可知，需已知两激励线圈的等效电感量L_q1和L_q2，才能匹配相应的电容C₁和电容C₂，使得第一激励线圈110和第二激励线圈120的LC并联谐振回路的并联谐振频率f₁和f₂相等。而由式(1)、式(2)可知，L_q1和L_q2与线圈自身电感量、自身电流、互感线圈电流、互感系数有关，其中计算复杂，且实际中还受到其他因素的影响，计算结果与实际存在误差，不能快速匹配相应的LC并联谐振电容。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的激励线圈异名端LC并联谐振的等效电路图。

示例性地，图3为本申请实施例提供的电感式磨粒检测传感装置的等效电路图，基于该传感器线圈电感平衡的结构设计检测原理，将两个激励线圈(第一激励线圈110、第二激励线圈120)异名端并联形成整体，再与激励电容140并联形成LC并联谐振回路；在激励线圈异名端并联条件下总电感量如下：

由式(5)可知，使用阻抗分析仪测量激励线圈异名端并联的总电感量包含了互感作用对线圈的影响。基于测得的L_eq与期望频率，由LC并联谐振频率计算公式可快速得到所需的并联谐振电容值。

在一些实施场景中，根据图1至图3所示的电感式磨粒检测传感装置搭建磨粒检测实验平台，对比两种不同的连接方式对传感器磨粒检测灵敏度的影响(连接方式1为两激励线圈分别与电容并联，如图2所示；连接方式2为两激励线圈异名端并联下与电容并联，如图3所示)。

示例性地，绕制线圈，使用Keysight E4990A阻抗分析仪测量线圈电感参数，线圈结构参数及其电感量和电阻见表1。

表1-线圈结构参数(150KHz)

示例性地，两个激励线圈分别与激励电容140组成LC并联谐振回路，对其进行谐振频率调试与测量，LC并联回路接地端串联电阻，调节信号发生器200的信号源频率，通过示波器观察LC并联回路两端的电压波形，当两电压波形同相位时，该频率为谐振频率。

由表1可知，两激励线圈异名端并联总电感量为55.51uH，根据并联谐振频率计算公式，150KHz时，激励电容140的电容值为20.28nF，实际量取20.162nF。使用阻抗分析仪进行LC谐振频率测量，扫频范围为50～300KHz，LC回路阻抗模|Z|-频率f特性曲线测量结果如图4所示。

根据LC并联谐振回路特征，当频率为150.26KHz时，激励线圈并联LC回路阻抗模最大(1.2436KΩ)，则该频率为LC回路的谐振频率，满足实验期望频率(150KHz)要求。

表2-磨粒检测的测试结果

由表2所示的测试结果可知，在连接方式2的条件下，针对同一颗粒，输出信号的幅值更大。由此说明，本申请实施例提供的电感式磨粒检测传感装置不仅更容易实现谐振状态，而且在同一条件下对磨粒的检测性能更好。

因此，通过等效电路分析，对两个激励线圈采用整体并联，再与电容组成LC并联谐振回路的改进设计，提高激励线圈LC回路对期望谐振频率调节效率，有效减少电容使用量，降低成本，提高电路的稳定性。提高传感器激励线圈LC并联谐振回路对期望谐振频率调节效率。

在一些实施方式中，本申请实施例还提供一种电感式磨粒检测传感系统，包括如图1、图3所示的电感式磨粒检测传感装置。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，包括检测组件、信号发生器和锁相放大器；

所述检测组件包括第一激励线圈、第二激励线圈、检测线圈、激励电容和交流电源，所述第一激励线圈、所述检测线圈、所述第二激励线圈依次并排设置，所述第一激励线圈、所述第二激励线圈、所述激励电容、所述交流电源并联；

所述信号发生器分别与所述交流电源、所述锁相放大器连接；

所述锁相放大器与所述检测线圈连接。

2.根据权利要求1所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述检测组件还包括检测电容，所述检测电容与所述检测线圈并联。

3.根据权利要求1所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述锁相放大器包括相敏检波器，所述相敏检波器分别与所述检测线圈、所述信号发生器连接。

4.根据权利要求3所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述锁相放大器还包括前置放大器，所述检测线圈通过所述前置放大器与所述相敏检波器连接。

5.根据权利要求3所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述锁相放大器还包括滤波器，所述滤波器与所述相敏检波器连接。

6.根据权利要求1所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述信号发生器包括激励信号接口和参考信号接口，所述激励信号接口与所述交流电源连接，所述参考信号接口与所述锁相放大器连接。

7.根据权利要求6所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述信号发生器还包括移相单元，所述锁相放大器通过所述移相单元连接所述参考信号接口。

8.根据权利要求1所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述装置还包括输出接口，所述输出接口与所述锁相放大器连接。

9.根据权利要求8所述的电感式磨粒检测传感装置，其特征在于，所述输出接口为直流输出接口。

10.一种电感式磨粒检测传感系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电感式磨粒检测传感装置。

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