[发明专利]一种基于径向磁场的在线磨粒监测传感器及其监测方法

说明书

技术领域

本发明属于液压系统状态监测、故障诊断及寿命预测技术领域，具体涉及一种基于径向磁场的在线磨粒监测传感器及其监测方法。

背景技术

随着液压系统的广泛应用，人们对液压系统的可靠性的要求越来越高，因此液压系统的的状态监测、故障诊断和寿命预测技术已经业内研究的热点之一。

液压油作为液压系统的重要组成部分，起着传导力和运动、润滑与冷却等重要作用，这使得液压油中的污染物隐含着系统运行状态的大量信息。举例来说，在正常情况下，机械零件的磨损可分为三个阶段：磨合阶段、稳定磨损阶段、急剧磨损阶段。

其中，急剧磨损是器件发生故障的前兆，过度的磨损会损害液压器件并危害整个液压系统的安全。因此，油液中的信息对于液压系统故障的早期预警具有极大意义。利用油液磨粒监测传感器对油液中微粒的尺寸、形状、材质和浓度等指标进行监测，能够使操作人员及时掌握机器磨损程度和液压系统的运行状况，实时对设备进行监管，在液压系统内部元件发生急速磨损的前期便获得预警，能够在不良状况尚未发生时就对特定元件进行更换维修，从而减少维修范围并节省维修费用，降低事故率，提高系统的综合效能，有利于提高系统安全性和生产效率，为改善机器的工况和改进设计提供宝贵信息。因此为了实现液压系统的健康管理，延长液压元件的寿命，保证液压系统正常工作，油液的磨粒监测具有重要意义。

由于液压系统中的磨粒携带有大量摩擦副的信息，因此目前大多数分析手段都是基于光、电、磁等监测磨粒大小、形态、浓度等信息，从而实现液压系统的的状态监测、故障诊断和寿命预测。其中铁谱分析、光谱分析最为成熟，但是这两种分析方法都是离线的分析方法，无法实现对液压系统的实时监测，因此在线磨粒监测传感器的研究成为了研究的焦点。

在线监测传感器的设计原理，可以分为以下7类：即基于磁性搜集原理、基于电感测量原理、基于电容测量原理、基于电阻测量原理、基于光学测量原理、基于声学测量原理和基于x射线原理的在线监测传感器。

目前电感式在线污染监测传感器的研究取得了不小的成果。这些成果主要得益于其结构简单，可以快速、连续进行检测，能够同时获得铁磁和非铁磁材料的有关材质及其浓度的信息，甚至可以区别气泡和非金属颗粒。同时，这类传感器对油液本身没有过高的要求，除电源外不需要额外的发射源和接收装置，使其体积更容易控制，可靠性更高，可以应用在较为复杂的环境中。电感式在线污染监测传感器在具有明显的优势，但也存在着不足。首先是精度上有待提高，无法满足早期故障预测的全部需求；其次是监测结果的波动比较大，干扰严重。这些亟待解决的问题是今后研究的方向，同时表明，电感式在线磨粒监测传感器的研究从理论上和技术上都存在巨大的潜力和重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是：为液压系统的状态监测、故障诊断及寿命预测技术服务，提供了一种高精度，高可靠性的在线磨粒监测传感器及其监测方法，能实时的提供液压油内的磨粒的状态信息。

本发明一种基于径向磁场的在线磨粒监测方法，具体是：首先，利用磁场激励源产生一个稳定的静态磁场；接着，利用铁芯优化所产生的静态磁场使形成径向磁场作用于油管上；然后，在有磨粒通过布置有所述传感器的油管时，布置在铁芯的检测线圈的两端产生感应电压u：

u=NlimΔt→0ΔφΔt---(1)]]>

其中，N为检测线圈的匝数，Δφ为传感器磁回路的磁通量变化，Δt为磨粒的运动时间；

最后，将通过放大电路对检测线圈两端的电压信号进行抑制共模干扰、增大有效信号的幅值处理，最终放大电路输出有效电压信号，通过对有效电压信号进行处理得到磨粒的信息。

本发明一种基于径向磁场的在线磨粒监测传感器，主要包括：

一个布置在铁芯上用于产生一个稳定的静态磁场的磁场激励源；

一个优化所产生的静态磁场使形成径向磁场作用于油管的铁芯；