RU2234080C1 - Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff - Google Patents
Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234080C1 RU2234080C1 RU2003113971/28A RU2003113971A RU2234080C1 RU 2234080 C1 RU2234080 C1 RU 2234080C1 RU 2003113971/28 A RU2003113971/28 A RU 2003113971/28A RU 2003113971 A RU2003113971 A RU 2003113971A RU 2234080 C1 RU2234080 C1 RU 2234080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- pass filter
- signal
- low
- coils
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для диагностики изнашивания узлов трения на основе оценки содержания частиц износа в смазочном материале.The invention relates to mechanical engineering and can be used to diagnose the wear of friction units based on the assessment of the content of wear particles in a lubricant.
Параметры частиц износа, содержащихся в масле, дают информацию о режиме изнашивания узлов трения. В частности, при катастрофическом износе баббитовых вкладышей подшипников скольжения в смазочном материале резко увеличивается содержание металлических неферромагнитных частиц. Износ вкладыша влечет за собой износ поверхности вала, который сопровождается образованием ферромагнитных частиц. Своевременная диагностика изнашивания таких узлов в дорогостоящих и ответственных механизмах, например поршневых компрессорах, двигателях самолетов и др., позволяет предотвратить аварии и избежать выхода из строя механизма. В связи с этим актуальной задачей является разработка надежных устройств оперативной диагностики для непрерывного контроля, для определения начала разрушения и обеспечения своевременной остановки двигателя традиционно используются магнитные пробки [Yuang-Cherng Chiou, Rong-Tsong Lee, Chih-Yih-Tsai. An on-line Hall-effect device for monitoring wear particle in oils. // Wear, 223 (1998), 44-49], установленные в линию смазки. Однако они оценивают содержание только ферромагнитных частиц и не могут определять металлические неферромагнитные частицы износа.The parameters of the wear particles contained in the oil provide information on the wear mode of the friction units. In particular, with catastrophic wear of the babbit bearings of plain bearings in the lubricant, the content of metallic non-ferromagnetic particles sharply increases. Wear on the liner entails wear on the shaft surface, which is accompanied by the formation of ferromagnetic particles. Timely diagnosis of the wear of such nodes in expensive and critical mechanisms, such as reciprocating compressors, aircraft engines, etc., can prevent accidents and avoid failure of the mechanism. In this regard, the urgent task is to develop reliable operational diagnostics devices for continuous monitoring; magnetic plugs are traditionally used to determine the onset of failure and ensure timely engine stop [Yuang-Cherng Chiou, Rong-Tsong Lee, Chih-Yih-Tsai. An on-line Hall-effect device for monitoring wear particle in oils. // Wear, 223 (1998), 44-49] installed in the lubrication line. However, they only estimate the content of ferromagnetic particles and cannot determine metallic non-ferromagnetic particles of wear.
Для определения содержания неферромагнитных частиц износа в ряде случаев используется датчик [патент США №540211, G 08 B 17/10, 1995 (опубл.)], работа которого основана на замыкании электрической цепи при попадании металлических частиц в зазоры между металлическими пластинами. Однако этому датчику присущи следующие недостатки: недостоверная информация, так как датчик сигнализирует не только при попадании в него металлических частиц, но и при попадании воды; датчик не дает информацию о количестве частиц износа; кроме того, требуется разборка и промывка датчика каждый раз после его срабатывания.To determine the content of non-ferromagnetic particles of wear in some cases, a sensor is used [US patent No. 540211, G 08 B 17/10, 1995 (publ.)], The operation of which is based on the closure of the electrical circuit when metal particles get into the gaps between the metal plates. However, the following disadvantages are inherent in this sensor: false information, since the sensor signals not only when metal particles enter it, but also when water enters; the sensor does not provide information on the number of wear particles; In addition, it is necessary to disassemble and flush the sensor each time after its operation.
Эти недостатки устранены в известном вихретоковом устройстве измерения размеров и концентрации металлических частиц в жидкости [Авторское свидетельство СССР №1522085, G 01 N 27/74, 1985 (опубл.)]. Устройство содержит вихретоковый преобразователь, включающий возбуждающую катушку индуктивности и несколько пар измерительных катушек. При прохождении металлических частиц через измерительные катушки на их выходах возникают электрические импульсы. Анализ импульсов позволяет оценить размеры частиц и их счетную концентрацию в исследуемой жидкости. Однако это устройство имеет сложную конструкцию канала прохождения масла. Для определения мелких частиц используются узкие каналы, что при анализе вязких жидкостей, в частности масла, требует дополнительно применение насоса для прокачивания масла по каналам, кроме того, узкие каналы подвержены быстрому засорению, что снижает достоверность анализа.These disadvantages are eliminated in the known eddy current device for measuring the size and concentration of metal particles in a liquid [USSR Author's Certificate No. 1522085, G 01 N 27/74, 1985 (publ.)]. The device contains an eddy current transducer, including an exciting inductor and several pairs of measuring coils. When metal particles pass through the measuring coils, electrical pulses occur at their outputs. The analysis of pulses allows us to estimate the size of the particles and their calculated concentration in the studied fluid. However, this device has a complex construction of the oil passage. Narrow channels are used to determine small particles, which in the analysis of viscous liquids, in particular oil, requires the use of a pump to pump oil through the channels, in addition, narrow channels are subject to rapid clogging, which reduces the reliability of the analysis.
Прототипом изобретения является устройство регистрации и идентификации ферромагнитных и неферромагнитных проводящих частиц в жидкости [патент США №5315243, G 01 R33/12, G 01 N 27/74, 1994 (опубл.)], содержащее измерительный блок катушек, состоящий из трех охватывающих поток масла коаксиальных катушек, одна из которых является чувствительной, а две другие катушки - возбуждающими, предварительный усилитель, умножитель, каскад блокирования постоянной составляющей сигнала, фильтр нижних частот, усилитель оконечный, дискриминатор, счетчик ферромагнитных частиц и счетчик неферромагнитных частиц.The prototype of the invention is a device for detecting and identifying ferromagnetic and non-ferromagnetic conductive particles in a liquid [US patent No. 5315243, G 01 R33 / 12, G 01 N 27/74, 1994 (publ.)], Containing a measuring unit of coils, consisting of three spanning stream oils of coaxial coils, one of which is sensitive, and the other two coils are exciting, pre-amplifier, multiplier, cascade of blocking the DC component of the signal, low-pass filter, terminal amplifier, discriminator, ferromagnetic counter ticles counter and non-ferromagnetic particles.
Недостаток прототипа заключается в низкой чувствительности к мелким металлическим частицам, что снижает надежность диагностики изнашивания узлов трения.The disadvantage of the prototype is low sensitivity to small metal particles, which reduces the reliability of the diagnosis of wear of friction nodes.
Задача заявляемого изобретения состоит в повышении чувствительности устройства к мелким металлическим частицам.The task of the invention is to increase the sensitivity of the device to small metal particles.
Поставленная задача решается тем, что устройство содержит измерительный блок катушек, состоящий из трех охватывающих поток масла коаксиальных катушек, одна из которых является чувствительной, а две другие катушки - возбуждающими, предварительный усилитель, умножитель, каскад блокирования постоянной составляющей сигнала, фильтр нижних частот, усилитель оконечный, дискриминатор, счетчик ферромагнитных частиц и счетчик неферромагнитных частиц. При этом фильтр нижних частот в предлагаемом устройстве выполнен перестраиваемым по ширине полосы пропускания, а устройство дополнительно снабжено регулятором полосы пропускания фильтра нижних частот и измерителем длительности импульсов разбаланса, возникающего при прохождении частиц через измерительный блок катушек, причем вход измерителя длительности импульсов подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход - к регулятору полосы пропускания фильтра, причем коэффициент передачи регулятора равенThe problem is solved in that the device contains a measuring block of coils, consisting of three coaxial coils covering the oil flow, one of which is sensitive, and the other two coils are exciting, a pre-amplifier, a multiplier, a cascade of blocking the DC component of the signal, a low-pass filter, an amplifier terminal, discriminator, counter of ferromagnetic particles and counter of non-ferromagnetic particles. In this case, the low-pass filter in the proposed device is tunable for the passband width, and the device is additionally equipped with a passband regulator for the low-pass filter and a meter for the duration of the unbalance pulses that occur when particles pass through the measuring unit of the coils, and the input of the pulse-width meter is connected to the output of the lower filter frequencies, and the output is to the filter bandwidth regulator, and the regulator's transmission coefficient is
k(τ)=A·τ,k (τ) = A
где А - коэффициент пропорциональности; τ - длительность импульса,where A is the coefficient of proportionality; τ is the pulse duration,
где Lкат - длина измерительного блока катушек, Vч - скорость частицы.where L cat is the length of the measuring unit of the coils, V h is the particle velocity.
Такая настройка позволяет устранить шум, частоты которого лежат вне полосы пропускания фильтра, соответствующей длительности импульса информационного сигнала, и таким образом увеличить отношение сигнал/шум, то есть увеличить чувствительность устройства, что обеспечивает регистрацию импульсов разбаланса выходного сигнала, вызванного прохождением через чувствительную (измерительную) катушку металлических частиц меньшего размера.This setting allows you to eliminate noise whose frequencies lie outside the passband of the filter corresponding to the pulse width of the information signal, and thus increase the signal-to-noise ratio, that is, increase the sensitivity of the device, which ensures the registration of unbalance pulses of the output signal caused by passing through the sensitive (measuring) a coil of metal particles of a smaller size.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 приведена блок-схема устройства,figure 1 shows a block diagram of a device
на фиг.2 - сигнал на выходе фильтра 6 нижних частот прототипа (фиг.2а) и заявляемого устройства (фиг.2б).figure 2 is a signal at the output of the low-pass filter 6 of the prototype (figa) and the inventive device (figb).
Основные блоки устройства показаны на фиг.1. Устройство содержит задающий генератор 1, питающий блок возбуждающих катушек; измерительный блок катушек 2, состоящий из трех охватывающих поток масла коаксиальных катушек, одна из которых является катушкой чувствительной (КЧ), а две другие катушки (К1 и К2), включенные встречно-параллельно и расположенные соответственно перед и после чувствительной катушки по направлению потока масла на одинаковом расстоянии от нее, являются возбуждающими переменные противоположно направленные магнитные поля в чувствительной катушке; предварительный усилитель 3; умножитель 4; каскад блокирования постоянной составляющей сигнала 5; перестраиваемый фильтр 6 нижних частот; измеритель длительности импульса разбаланса 7; регулятор полосы пропускания фильтра 8 нижних частот; усилитель оконечный 9; дискриминатор 10; счетчик ферромагнитных частиц 11 и счетчик неферромагнитных частиц 12.The main blocks of the device are shown in figure 1. The device comprises a master oscillator 1, a supply unit of exciting coils; the measuring unit of the coils 2, consisting of three coaxial coils covering the oil flow, one of which is a sensitive coil (CFC), and two other coils (K1 and K2), turned on in parallel and located respectively before and after the sensitive coil in the direction of oil flow at the same distance from it, alternating oppositely directed magnetic fields in the sensitive coil are exciting; preamplifier 3; multiplier 4; blocking cascade of the DC component of the signal 5; tunable low pass filter 6; unbalance pulse width meter 7; low pass filter bandwidth regulator; terminal amplifier 9; discriminator 10; a counter of ferromagnetic particles 11 and a counter of non-ferromagnetic particles 12.
Устройство работает следующим образом. С задающего генератора 1 высокочастотный сигнал подается на катушки возбуждения К1 и К2. Катушки К1 и К2 создают противоположно направленные магнитные поля, взаимно компенсирующие друг друга в месте расположения чувствительной катушки КЧ. По трубопроводу прокачивается тестируемое масло и металлические частицы износа, содержащиеся в масле, вызывают нарушение взаимной компенсации магнитных полей, возбуждаемых катушками К1 и К2. При этом в чувствительной катушке КЧ индуцируется сигнал разбаланса. Амплитуда огибающей информационного сигнала разбаланса несет информацию о размере металлической частицы, а фаза - информацию о материале (ферромагнитном или неферромагнитном) частицы. Сигнал разбаланса подается через предварительный усилитель 3 на умножитель 4, где сигнал преобразуется в пульсирующее высокочастотное напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде входного сигнала. Затем это напряжение подается на каскад 5, который блокирует постоянную составляющую сигнала, и подается на вход перестраиваемого фильтра 6 нижних частот. Ширина полосы пропускания (Δf) перестраиваемого фильтра 6 первоначально установлена в соответствии со средней скоростью масла в трубопроводе (Δf~Vмасла/Lкат, где Vмасла - средняя скорость масла, Lкат - длина измерительного блока катушек). Длительность импульсов сигнала разбаланса определяется размерами катушек K1, K2 и КЧ и скоростью частиц, проходящих с потоком масла через катушки. В случае мелких частиц в потоке жидкости [Фортье А. Механика суспензий: Пер. с франц. - М.: Мир, 1971. - 264 с.] их скорость совпадает со скоростью потока жидкости, что справедливо и в случае частиц износа в потоке масла. Регулятор полосы пропускания 8 устанавливает частоту среза перестраиваемого фильтра 6 нижних частот в соответствии с длительностью импульса разбаланса, т.е. длительностью импульса информационного сигнала. Это позволяет осуществлять оптимальную настройку полосы пропускания фильтра в соответствии с длительностью импульса разбаланса, что приводит к устранению шума, частоты которого лежат вне полосы пропускания фильтра. Благодаря увеличению отношения сигнал/шум повышается чувствительность устройства к более мелким частицам. На фиг.2а представлен сигнал на выходе фильтра 6 нижних частот прототипа. Видно, что импульсы информационного сигнала малой амплитуды, находящейся на уровне шумов, невозможно выделить из общего сигнала. На фиг.2б показан тот же сигнал на выходе перестраиваемого фильтра 6 нижних частот предлагаемого устройства. В этом случае после сужения полосы пропускания можно с уверенностью регистрировать информационные сигналы (импульсы разбаланса) малой амплитуды. После перестраиваемого фильтра нижних частот сигнал через оконечный усилитель 9 подается на дискриминатор 10. Дискриминатор распределяет сигналы от ферромагнитных и неферромагнитных частиц по соответствующим каналам счета частиц. Для подсчета количества частиц используются счетчики ферромагнитных 11 и неферромагнитных частиц 12.The device operates as follows. From the master oscillator 1, a high-frequency signal is supplied to the excitation coils K1 and K2. Coils K1 and K2 create oppositely directed magnetic fields that mutually cancel each other at the location of the sensitive coil. The test oil is pumped through the pipeline and the metal wear particles contained in the oil cause a violation of the mutual compensation of the magnetic fields excited by the coils K1 and K2. In this case, an unbalance signal is induced in the sensitive coil of the RF. The amplitude of the envelope of the imbalance information signal carries information about the size of the metal particle, and the phase - information about the material (ferromagnetic or non-ferromagnetic) of the particle. The unbalance signal is fed through a pre-amplifier 3 to a multiplier 4, where the signal is converted into a pulsating high-frequency voltage, the amplitude of which is proportional to the amplitude of the input signal. Then this voltage is supplied to the cascade 5, which blocks the constant component of the signal, and is fed to the input of the tunable low-pass filter 6. The bandwidth (Δf) of the tunable filter 6 is initially set in accordance with the average oil speed in the pipeline (Δf ~ V oil / L cat , where V oil is the average oil speed, L cat is the length of the measuring unit of the coils). The duration of the pulses of the unbalance signal is determined by the size of the coils K1, K2 and CN and the speed of the particles passing with the oil flow through the coils. In the case of small particles in a fluid stream [Fortier A. Mechanics of suspensions: Trans. with french - M .: Mir, 1971. - 264 p.] Their speed coincides with the fluid flow rate, which is also true in the case of wear particles in the oil flow. Bandwidth controller 8 sets the cutoff frequency of the tunable low-pass filter 6 in accordance with the duration of the unbalance pulse, i.e. pulse width of the information signal. This allows optimal tuning of the filter bandwidth in accordance with the duration of the unbalance pulse, which eliminates noise whose frequencies lie outside the filter passband. By increasing the signal-to-noise ratio, the sensitivity of the device to smaller particles is increased. Figure 2a shows the signal at the output of the low-pass filter 6 of the prototype. It can be seen that the pulses of the low-amplitude information signal located at the noise level cannot be distinguished from the general signal. On figb shows the same signal at the output of the tunable low-pass filter 6 of the proposed device. In this case, after narrowing the bandwidth, it is possible to confidently register information signals (unbalance pulses) of small amplitude. After a tunable low-pass filter, the signal through the terminal amplifier 9 is fed to the discriminator 10. The discriminator distributes the signals from ferromagnetic and non-ferromagnetic particles through the corresponding particle counting channels. To count the number of particles, counters of ferromagnetic 11 and non-ferromagnetic particles 12 are used.
Повышение чувствительности в предлагаемом устройстве достигается увеличением отношения сигнал/шум за счет снижения шумов путем настройки полосы пропускания фильтра нижних частот, соответствующей длительности импульсов сигнала разбаланса при прохождении металлических частиц износа через измерительный блок катушек.Increasing the sensitivity in the proposed device is achieved by increasing the signal-to-noise ratio by reducing noise by adjusting the passband of the low-pass filter corresponding to the pulse width of the unbalance signal when the metal wear particles pass through the measuring unit of the coils.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113971/28A RU2234080C1 (en) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113971/28A RU2234080C1 (en) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2234080C1 true RU2234080C1 (en) | 2004-08-10 |
| RU2003113971A RU2003113971A (en) | 2004-11-10 |
Family
ID=33414443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003113971/28A RU2234080C1 (en) | 2003-05-12 | 2003-05-12 | Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2234080C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524747C1 (en) * | 2010-06-09 | 2014-08-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method and device to determine speed of flow of magnetic or ferromagnetic particles and their usage |
| CN112729368A (en) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | Variable-parameter lubricating oil metal chip sensor signal simulator and simulation method thereof |
-
2003
- 2003-05-12 RU RU2003113971/28A patent/RU2234080C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524747C1 (en) * | 2010-06-09 | 2014-08-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method and device to determine speed of flow of magnetic or ferromagnetic particles and their usage |
| CN112729368A (en) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | Variable-parameter lubricating oil metal chip sensor signal simulator and simulation method thereof |
| CN112729368B (en) * | 2020-12-24 | 2022-07-26 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | Variable-parameter lubricating oil metal chip sensor signal simulator and simulation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2865857B2 (en) | Metal broken particle detector in circuit | |
| US8354836B2 (en) | Device and process for detecting particles in a flowing liquid | |
| Ren et al. | Inductive debris sensor using one energizing coil with multiple sensing coils for sensitivity improvement and high throughput | |
| Wu et al. | Progress and trend of sensor technology for on-line oil monitoring | |
| Du et al. | A high throughput inductive pulse sensor for online oil debris monitoring | |
| Sun et al. | Online oil debris monitoring of rotating machinery: A detailed review of more than three decades | |
| US5001424A (en) | Apparatus for measuring magnetic particles suspended in a fluid based on fluctuations in an induced voltage | |
| Du et al. | Real-time monitoring of wear debris in lubrication oil using a microfluidic inductive Coulter counting device | |
| EP2095112B1 (en) | Device and method for monitoring the particle contamination in flowing hydraulic fluids | |
| US5315243A (en) | Detection and discrimination between ferromagnetic and non-ferromagnetic conductive particles in a fluid | |
| US7956601B2 (en) | Device and process for detecting particles in a flowing liquid | |
| US5041856A (en) | In-line metallic debris particle detection probe and resonant evaluation system utilizing the same | |
| CN102652253B (en) | Method for operating a coriolis mass flow rate meter and coriolis mass flow rate meter | |
| CN108152361B (en) | Online engine oil metal abrasive particle and temperature integrated monitoring device and method | |
| Ma et al. | High-sensitivity distinguishing and detection method for wear debris in oil of marine machinery | |
| US9797851B2 (en) | Integrated ultrasonic-inductive pulse sensor for wear debris detection | |
| US5061364A (en) | Diagnostic filter for detecting conductive and semiconductive particles in a fluid stream | |
| US10816450B2 (en) | Particle counter and classification system | |
| Du et al. | On-line wear debris detection in lubricating oil for condition based health monitoring of rotary machinery | |
| Flanagan et al. | Wear-debris detection and analysis techniques for lubricant-based condition monitoring | |
| Shi et al. | An integrated inductive-capacitive microfluidic sensor for detection of wear debris in hydraulic oil | |
| CN111505726B (en) | Device and method for detecting pipeline liquid magnetic dissimilar medium based on symmetric magnetic excitation structure | |
| Markova | Diagnostics of the wear of tribological assemblies using an inductive wear debris counter | |
| RU2234080C1 (en) | Device for detection of metal particles in a flow of lubricating stuff | |
| JPS63501743A (en) | Magnetic particle measurement equipment in liquid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050513 |