JPH0156701B2 - - Google Patents

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JPH0156701B2
JPH0156701B2 JP54076418A JP7641879A JPH0156701B2 JP H0156701 B2 JPH0156701 B2 JP H0156701B2 JP 54076418 A JP54076418 A JP 54076418A JP 7641879 A JP7641879 A JP 7641879A JP H0156701 B2 JPH0156701 B2 JP H0156701B2
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particles
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signal
lubricating oil
particle
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Ii Taubaa Toomasu
Etsuchi Magii Jeemusu
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Eaton Aeroquip LLC
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Aeroquip Corp
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Publication date
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Publication of JPH0156701B2 publication Critical patent/JPH0156701B2/ja
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N29/00—Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems
    • F16N29/04—Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems enabling a warning to be given; enabling moving parts to be stopped
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/10—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は循環する流体中の異物を検出評価する
方法に関し、さらに詳しくいえば循環する潤滑油
中のデブリである鉄粒子を監視する方法に関す
る。
流体媒質が粒子状物質特に鉄粒子で汚染される
多くの事態がある。このような物質の存在を決定
することがしばしば所望される。一般には粒子の
存在を指示するデータが取得される。このデータ
は流体の状態の指示として使用され、ついで流体
を使用している装置の可能な保守問題の指示とし
ての役割を果たしうる。もちろん、データは流体
自体の状態を監視するために使用することもでき
る。保守の機会がきわめて制限されているヘリコ
プタおよび航空機のエンジンやトランスミツシヨ
ンの潤滑のような非常にきびしい用途では、通常
の摩耗に起因する小粒子（けば“fuzz”）と、ク
ラツクや疲労破壊の迫つている事態などの異常状
態を指示する大きい個々の粒子とを識別できるこ
とがさらに望ましい。最後に、観察者またはパイ
ロツトが個々の粒子のランダムな発生とこのよう
な粒子の絶え間ない累積とを区別すること、すな
わち、粒子の累積速度を測定することが非常に望
ましい。
エンジン冷却剤もしくは潤滑系中の遊離粒子ま
たは両方をろ過または捕捉するために多数の装置
が開発されている。Lammersの米国特許第
3421627号およびTauberの米国特許第3753442号
に開示されているように、鉄粒子用に設計された
装置の多くにおいては、これは粒子を磁石の磁極
に手付けることによつて行なわれる。Botstiber
の米国特許第2983890号および3317042号に開示さ
れているもののような、これらの装置さらに進歩
したもにおいては、磁石は、著しく大きい粒子ま
たは小粒子が多量に集つたものの存在を指示する
ために設計された信号発生装置と組合せられてい
る。これは破壊が切迫しつつあり、その前に修理
を行なうべきことをパイロツトに警告する働きを
する。しかしながら、これらの装置は、信号源が
通常の摩耗けばの無害の集積であるか、ある以前
の保守作業で形成または導入された大きいランダ
ムなスライバ（sliver）であるか、またはクラツ
ク形成および成長のきわめて重要なインジイケー
タであることが判明している100ミクロン粒子の
累積であか否かに関する情報を与えない。さら
に、このような装置は粒子累積速度に関する情報
を与えず、したがつて使用者が警報信号の重要性
を評価したり、またはシステムの残存する耐用寿
命を信頼性をもつて評価することは全く不可能で
ある。
したがつて、本発明の目的は、潤滑油中に混入
した鉄粒子のうちで、系統中の機器に異常状態が
あることを指示する大きさの粒子と異常状態に関
係のない小さな粒子とを識別して有害な大きさの
粒子の累積質量を求めることによつて、残存シス
テム有用度を評価し、保守計画を用意させる潤滑
油中のデブリ監視方法を提供することである。
本発明によれば、磁界発生手段を利用して鉄粒
子を検出する手段の検出端を潤滑油中に配設し、
前記鉄粒子を検出する手段によつて前記鉄粒子の
質量に比例する電気パルス信号を検知し、前記鉄
粒子を検出する手段からのパルス信号を以後の処
理に必要な大きさの電気信号に調整するために前
記パルス信号を増幅し、増幅した電気パルス信号
の振幅を予設定値と比較して、予設定値を超える
電気パルス信号のみを選択し、前記選択された電
気パルス信号のアナログ振幅を等価なデイジタル
値に変換し、前記選択された電気パルス信号の中
で大きさが予設定限界を超えるものが１個でもあ
るときは警報をトリガし、前記デイジタル値を累
算して捕捉された粒子の合計質量に相当するデイ
ジタル値を記憶し、記憶した前記合計質量に相当
するデイジタル値を必要に応じてオペレータに表
示することによつて達成される循環する潤滑油中
のデブリである鉄粒子を監視する方法が提供され
る。
本発明は、先行技術の装置と同様に、システム
中を循環する鉄粒子を捕捉するために磁気吸引を
使用する。しかしながら、これらの装置とは異な
り、捕捉された各粒子は捕捉されるときに信号パ
ルスの発生を起こすために使用され、この信号パ
ルスの振幅および減衰特性は捕捉された個々の粒
子の質量に事実上比例する。これらの信号パラメ
ータは、適当な論理回路による識別後、アナログ
およびデイジタル値に変換され、これらの値は、
有意であるとみなれた場合には、累算されて観察
者にデイスプレイされ、粒子捕捉を示すのもでは
なく、また捕捉された各個の粒子の有意性の指示
および累算されたデブリ（debris）の合計量の尺
度を与える。さらに、磁石上でこのような「有
意」粒子が所定質量に達する時間を監視すること
により、累積速度を計算し、それにより残留する
システム有用度を評価しかつ完全な破壊が起こる
前に保守を計画することができる。
本発明の他の目的は添付図面と関連する以下の
説明から当業者には明らかになるであろう。
つぎに第１図を参照すると総合システムのブロ
ツク線図が示されている。これは磁気センサ１０
を内蔵する油循環系５を示し、該センサはセンサ
ケーブル１１により前置増幅器２０に接続されて
いる。この前置増幅器は第二のケーブル２１によ
り信号コンデイシヨナ３０に接続され、これは不
要の信号（振動やけばからのもののような）を識
別し、「大」粒子を検出し、全質量データを蓄積
しかつ各種の出力信号を発生する役割をする。こ
れらの出力は第三のケーブル３１を介してヘリコ
プタまたは航空機操縦室内の１つまたはそれ以上
の出力またはデイスプレイ（図示せず）へ送給さ
れる。これらのデイスプレイは通常の可聴警報、
可視警報灯またはアナログ好適にはデイジタル値
ボルトメータにできる。このようなデイスプレイ
装置は周知であり、適正な値段で容易に入手でき
る。
実施においては、ロータギアボツクスやエンジ
ンオイルサンプのような種々の領域を粒子蓄積に
関して監視するために、１つより多いセンサシス
テムがヘリコプタで使用されうる。現在行われて
いる構成のように各システムはデータを提供する
ために独立のセンサ、前置増幅器および信号コン
デイシヨナを必要とするであろう。しかしなが
ら、数個のシステムは相互に完全に隔離される必
要はなく、適当に減結合された共通電力源で動作
し、出力を共通のデイスプレイへ多重送信するこ
とができる。これらの要件を簡単に達成する技術
は当該技術分野で周知である。
最後に、システムはその機能性をテストするた
めに図示のようにコンピユータから発生する周期
的なテスト指令または信号を出す。コンピユータ
自体は本発明の部分ではなく、軍用ヘリコプタを
含む多くの航空機内に見出される塔載コンピユー
タに類するものである。このようなコンピユータ
が利用できない場合には、このような信号は基本
システム構造内のクロツク動作フリツプフロツプ
または類似の集中タイミング機構によつて容易に
発生できる。コンピユータはまた、単位時間当り
の粒子質量を決定し、これが予設定プログラム値
を超えた場合に警報を作動させることにより、累
積速度データを監視するために使用できる。
本発明に係る単センサ鉄粒子監視システムの好
適実施例およびそれを使用する手順について以下
に詳細に説明する。しかしながら、この説明は本
発明を該実施例または手順に限定するものではな
いことを理解すべきである。
センサ つぎに第２ａ図を参照するこのシステム用のセ
ンサ１０が示されている。このセンサは、本質的
にはピツクアツプコイルとして作用するコイルワ
イヤ１４のスプールのボビン１３内に同心にセツ
トされた円筒形永久磁石１２からなる。この組合
せはさらに頂部が開放された円筒形磁性鋼シユラ
ウド１５内に嵌合している。該頂部には薄い非磁
性鋼ギヤツプ１６が嵌合し、その外側はデブリ粒
子の集積表面１７となつている。スプール上の複
数ターンのワイヤはキヤツプ１６に近接する磁石
の頂側磁極のまわりに集中している。この構成に
おいて磁石１２で発生される磁束線は、コイルの
巻線を通り抜けてキヤツプ１６内へ結合し、かつ
キヤツプ１６から発出して集積表面の付近の吸引
磁気ゾーンを生成する。鉄粒子がこの磁気ゾーン
に入つて表面１７上に捕捉されるとき、鉄粒子は
磁束線を乱す作用をし、それによりピツクアツプ
コイル４に電圧を誘起し、この電圧はセンサケー
ブル１１のライン１１ａ，１１ｂを介して前記増
幅器２０に伝達される。捕捉粒子が表面１７上に
静止しかつ磁束パターンの動的擾乱が終了する
と、伝達電圧はゼロまで急速に降下する。かくし
て、センサは鉄粒子の到着および捕捉に関してラ
ンダムパネル発生器として作用する。
永久磁石１２およびコイル１４はセンサの動作
にとつて決定的なものではなく、他の磁界発生方
法を使用することもできる。すなわち、第２ｂ図
は別の方法を示すものである。第２ｂ図に示す実
施例においては、永久磁石１２は軟鉄コア１３か
らなる電磁石で置換され、この電磁石はケーブル
１１のライン１１ｃ，１１ｄより別個の電力源
（図示せず）に接続されたパワーコイル１５によ
つて付勢される。これはある用途では自己清浄作
用利点を有する。すなわち、システム電力がオフ
になるとデブリ粒子は集積表面１７から落下す
る。遊離した粒子は第二の永久磁石（図示せず）
によつて捕捉することができ、この磁石はヘリコ
プタエンジンまたは検出器系を停止することなく
検査のために取出すことができる。
第３図は、このような環境の下で発生されるべ
き理想的パルスと、問題にしているサイズの鉄粒
子による擾乱を受けたときセンサで実際に発生さ
れるパルスの一般的特性とを示す。一般にこれら
の粒子はサイズが150〜750ミクロンである。パル
ス振幅の絶対大きさはまた、速度、透磁率および
移動経路のような粒子パラメータならびに磁石１
２で発生される磁界の強さによつて影響を受け
る。
前置増幅器 前記増幅器２０の本質的要素は第４図に示され
ている。これはセンサからの入力ケーブル１１お
よび信号コンデイシヨナ３０への出力ケーブル２
１および２段の増幅器２２ａ，２２ｂからなる。
好適実施例では第１段増幅器２２ａはセンサ出力
ケーブル１１（20フイートの長さに及びうる）に
よる共通モードノイズピツクアツプを最小にする
ために平衡差動非反転入力を有する。入力段フイ
ードバツク抵抗値は、帯域幅を約２キロヘルツに
制限するのみでなく（発生デブリ粒子パルスの立
上り時間に適応させるために）、またシシステム
の付近の電子部品から発生するおそれのある高周
波過度現象を排除するように選択される。第２ａ
図に示すセンサ１０の出力インピーダンスは僅か
約100オームであり、したがつて前置増幅器の入
力インピーダンスもまたノイズ感度を低減するた
めに適度であるべきである。
第二段増幅器２２ｂはAC結合シングルエンド
反転形増幅器である。ダインが比較的高いため、
パワーフイルタ２３通過後のケーブル２１のライ
ン２１ｃ，２１ｄの±15ボルト電源は、これらの
ラインからの漂遊ノイズピツクアツプを最小にす
るために両段間の回路網２４によつて減結合され
るべきである。第二段増幅器２２ｂからの出力イ
ンピーダンスは75オームであり、信号コンデイシ
ヨナ３０の入力までの長さが最高100フイートで
ある対のシールドケーブル（ケーブル２１のライ
ン２１ａ，２１ｂ）を駆動するのに十分低い。こ
のような長さのケーブルに必要なゲインを与える
ために、約820キロオームのフイードバツク抵抗
が使用されるべきである。ケーブル２１のライン
２１ｆとして示されたテスト信号は塔載コンピユ
ータ（図示せず）から誘導される。
信号コンデイシヨナ つぎに第５図を参照すると信号コンデイシヨナ
３０のブロツク線図が示されており、その動作に
ついて以下に説明する。前置増幅器２０からの入
力２１ｂの増幅パルスは分割され、比較回路３２
とパルスピーク検出回路３３とに送入される。比
較品の限界レベルは普通はポテンシヨメータ３４
によつて設定され、捕捉された粒子の質量が検出
記録が所望される最小粒子（100ミクロン）の質
量以上であるときにのみ回路をトリガする。そう
することによりけば粒子からの信号が有効にふる
い別けられ無視される。
比較回路がトリガすると、サンプルコントロー
ルロジツク３５が使用可能にされかつピーク検出
回路上のリセツト３６が解放される。これにより
充電用コンデンサを含むアナログスケーラ３８が
受入パルスのピーク値の大きさまで充電しかつこ
れを記憶する。このコンデンサにおける非常に高
いインピーダンスの分圧器が０〜2DCボルトの電
圧を設定し、これはアナログ×デイジタル（Ａ／
Ｄ）コンバータ４２の入力となる。Ａ／Ｄコンバ
ータ４２はこの電圧を測定して内部で２進化10進
法（BCD）デイジタル出力に変換する。コンバ
ータはついでこれらのデータを４つの出力ライン
４３（1248BCD符号化）により最上位の数字
（MSD）か最下位の数字（LSD）まで逐次に測定
レジスタ４４に直列に提供し、この中に並列にロ
ードされる。レジスタ内への実際のローデイング
動作のシークエンスは、Ａ／Ｄ変換が完了したと
きサンプルコントロールロジツク３５により使用
可能にされるゲート４６によつて制御される。こ
れはその４つの出力ラインにより０から15まで
（２進法で）カウントアツプすることができる。
LSDが入れられた後コントロールロジツクはゲ
ートを閉じ、同時にクロツク４８からのパルス
を、測定レジスタ４４のカウントダウンコントロ
ールと、1/5割算（divide by ５）デイジタルス
ケーラ５０を介して累算レジスタ５２とに送入す
る。これは測定レジスタがカウントタウンすると
きカウントアツプし、BCDデイジタル値の基準
化２進等価値を発生する作用をする。カウントダ
ウンは測定レジスタがゼロに達したときに終結す
る。この時点で借り信号が最上位数字から作ら
れ、クロツクゲートを遮断する作用をする。これ
が起こると累算レジスタ入力も閉じられ、それに
より受入パルス振幅の２進値を記憶する。カウン
トダウンの結果として測定レジスタはクリアさ
れ、Ａ／Ｄコンパレータから出て来るデータの次
のピークを受入れて処理することができるように
なる。しかしながら、累算レジスタはクリアされ
ないので、受入れられた個々のデータ全部の合計
値を内蔵する。この数値（２進法）は12ビツト出
力ライン５４を介してデイジタル出力デバイスに
直接に送入できるが、デイジタル・アナログ
（Ｄ／Ａ）コンバータ５６でより容易に処理され
る。これは累算レジスタからのデイジタル入力に
比例する０〜５ボルトフルスケールのDC出力電
圧を発生し、これはケーブル３１のライン７，８
を介して操縦室内のデイスプレイ（図示せず）へ
送られる。上記プロセスは次のデブリ粒子に対し
て繰り返えされ、したがつて累算レジスタは累積
デブリ粒子を合計するために常に更新され、アナ
ログ出力は常に増大するデイジタル入力を追つて
ゆく。操縦室の出力デイスプレイは通常のアナロ
グパネルメータまたは標準の５または６けたのデ
イジタル電圧計で読まれる。
Ａ／Ｄコンバータ４２とはまた大チツプデコー
ド回路５８が関連しており、これは任意の１つの
チツプの測定値が50ミクロンの予設定値を超えた
場合に起動される。これはラツチコンタクトリレ
イ６０を閉じる作用をし、リレイ６０は「大チツ
プ」信号をケーブル３１のライン９，１０を介し
て操縦室へ送出する。いつたん起動されると、こ
のリレイは、手動リセツトボタン６２を押すこと
により、またはシステムパワーをターンオフし、
ついで再びターンオンすることにより、またはコ
ンピユータから発生された外部リサイクル信号に
よつてのみ、アンラツチ（開放）位置にリセツト
するとができる。大チツプ検出器からの出力は通
常操縦室の可聴／可視警報器（図示せず）を作動
させてパイロツトに事態を警告する。このような
信号を連続して受けたことは、クラツクの成長が
加速されたことを指示する粒子の存在の確実な指
示となり、比較的重要度の小さいランダムなスラ
イバ（sliver）から区別さる。このような事態
は、累積速度が加速されていることおよび近い将
来における破壊的な故障を防止するために即時に
保守することが必要であることの明確な警告とな
る。
なお、第６図に示すように、粒子の累積速度の
計算を外部機内計算機に頼る代りに、累算レジス
タ５２の全累積質量値を出力ライン５４と並列の
12ビツト出力ライン６７を介して従来技術で公知
の形式の速度演算処理装置６８で送ることができ
る。速度演算処理装置６８は、(1)質量の瞬時累積
速度を連続的に出力するため、(2)比較的長い所定
の時間間隔にわたつて計算される速度を計算して
出力するため、および(3)主要部品の劣化を示す何
らかの所定の速度に達したときだけ速度を出力す
るために用いることができる。速度演算処理装置
６８の出力は、出力ライン７１を介してデイスプ
レイまたは警報に信号を送ることのできるＤ／Ａ
コンバータ７０へ出力ライン６９を介して送られ
る。
システムテスト 塔載コンピユータまたは類似装置からの周期的
テスト指令信号に関して下記のシークエンスが起
こる。
１ テスト指令信号の前縁が検知されると、テス
ト測定シークエンスコントロールロジツク６６
にストロープパルスが発生され、これにより累
算レジスタが使用可能にされ、その内容を並列
に12ビツトデータラツチ６４に移転して記憶さ
せると同時に、大チツプメモリ回路５８が禁止
される。
２ シークエンスコントロールロジツクで発生さ
れたリセツトパルスはついで累算レジスタの内
容をゼロにリセツトする。これによりまたデイ
スプレイ内へゼロ値を読出すＤ／Ａコンバータ
５６の出力を発生する。
３ つぎに既知振幅および時間のテストパルスが
前置増幅器２０の入力に導入される。ついで上
述した測定および転送プロセスが「真」のパル
スに関して起こり、Ｄ／Ａコンバータの出力が
操縦室で観察される。この観察値はテストシス
テムの適正な機能の尺度であり、システムで捕
捉されたデブリ粒子で発生される信号とは無関
係である。この値はシステムが満足に動作して
いることを知らせるために予設定の既知限界内
に入らなければらない。
４ テスト指令信号の後縁においてテスト信号は
除去され、ついでラツチ６４に記憶されたデイ
ジタル内容が累算レジスタ５２内へ並列にロー
ドされる。大チツプメモリ回路５８から禁止も
除去され、Ｄ／Ａコンバータ５６の出力はテス
ト指令前に保持した値をとる。かくしてシステ
ムは次の測定および累算の準備状態にあり、次
のテスト指令信号を受信するまでもうするであ
ろう。
従つて、以上に説明した潤滑油デブリ監視装置
は、本発明の方法を実施し、前記目的および利点
を完全に満足することが明白である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係るデブリ監視装置のブロ
ツク線図である。第２ａ，２ｂ図は第１図に示す
センサヘツドの２つのタイプの断面図である。第
３図は、鉄チツプまたは粒子が捕捉されたときセ
ンサが発生する波形図である。第４図は第１図に
示す信号前置増幅器のブロツク線図である。第５
図は、第１図に示す信号コンデイシヨナのブロツ
ク線図である。第６図は、粒子の累積速度を計算
する回路の一例のブロツク線図である。 ５……油循環系、１０……磁気センサ、１１…
…ケーブル、２０……前置増幅器、２１……ケー
ブル、３０……信号コンデイシヨナ、３１……ケ
ーブル、１２……永久磁石、１３……ボビン、１
４……コイル、１５……シユラウド、１６……キ
ヤツプ、１７……集積表面、２２ａ……第一段、
２２ｂ……第二段、２３……パワーフイルタ、２
４……減結合回路網、３２……比較器回路、３３
……パルスピーク検出回路、３４……ポテンシヨ
メータ、３５……サンプルコントロールロジツ
ク、３６……リセツト、３８……アナログスケー
ラ、４２……Ａ／Ｄコンバータ、４３……出力ラ
イン、４４……測定レジスタ、４６……ゲート、
４８……クロツク、５０……デイジタルスケー
ラ、５２……累算レジスタ、５４……12ビツト出
力ライン、５６……Ｄ／Ａコンバータ、５８……
大チツプデコード回路、６０……ラツチコンタク
トリレイ、６２……手動リセツトボタン、６４…
…12ビツトデータラツチ、６６……テスト測定シ
ークエンスコントロールロジツク、６８……速度
演算処理装置、７０……Ｄ／Ａコンバータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 循環する潤滑油中のデブリである鉄粒子を検
    出し解析することによつて潤滑油中のデブリを監
    視する方法であつて、 磁界発生手段を利用して鉄粒子を検出する手段
    の検出端を潤滑油中に配設する工程と、 前記鉄粒子を検出する手段によつて前記鉄粒子
    の質量に比例する電気パルス信号を検知する工程
    と、 前記鉄粒子を検出する手段からのパルス信号を
    以後の処理に必要な大きさの電気信号に調整する
    ために前記パルス信号を増幅する工程と、 増幅した電気パルス信号の振幅を予設定値と比
    較して、予設定値を超える電気パルス信号のみを
    選択する工程と、 前記選択された電気パルス信号のアナログ振幅
    を等価なデイジタル値に変換する工程と、 前記選択された電気パルス信号の中で大きさが
    予設定限界を超えるものが１個でもあるときは警
    報をトリガする工程と、 前記デイジタル値を累算して捕捉された粒子の
    合計質量に相当するデイジタル値を記憶する工程
    と、 前記合計質量に相当するデイジタル値を記憶す
    る工程で記憶されたデイジタル値を必要に応じて
    オペレータに表示する工程と、 を含んでなる潤滑油中のデブリを監視する方法。
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