[实用新型]用于在线监测油液金属磨粒的传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械设备状态监测，具体是其中的油液分析技术，更具体是用于在线监测油液金属磨粒的传感器。 

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的判断设备的润滑磨损状态。它是近十几年来迅速发展起来的用于机械设备状态监测的新技术，尤其在发动机、齿轮传动、轴承系统、液压系统等方面，该技术取得了显著的效益，因而在国内外得到高度重视。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，占有重要地位。油液分析技术分为离线式和在线式。传统的离线式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。在线式检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。与在线式机器油液分析相比, 与在线式机器油液分析相比, 离线式机器油液分析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。且在比较长的分析时间里, 机器系统里的油液质量在离线分析过程中变差而导致系统损坏。因此离线式存在工作量大、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。监测机械设备从磨损到失效是一个量变到质变的过程, 而这个过程发生的时间是未知的, 所以必须要时时刻刻对油液进行在线监测才不会使得油液的监测充满偶然性。油液在线监测很好克服了传统的实验室离线分析方法成本高、操作复杂、测量样本点有限的不足的缺陷，成为新一代油液监测技术发展的主要方向。而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监测精度。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种灵敏度高，线性度好，抗干扰能力强的用于在线监测油液金属磨粒的传感器。 

本实用新型的用于在线监测油液金属磨粒的传感器为互感式电感传感器，包括激励线圈和感应线圈，在用磁惰性材料制成的骨架中心设置可以通过油液的油路，在骨架上绕制同轴的激励线圈和感应线圈，感应线圈位于激励线圈与骨架之间，感应线圈的轴向长度为激励线圈轴向长度的1/4~1/2，感应线圈与激励线圈的轴向中点重合。 

本实用新型应用ANSYS软件对螺线管线圈建模仿真，利用数值分析方法对传感器结构进行了研究，发现螺线管激励线圈产生的磁场强度分布情况，在螺线管线圈内部的中间区域形成近似均匀的磁场且该区域磁场最强，而在线圈端面磁场强度衰减到中心磁场强度的1/2，从中间沿轴线到两端的磁场强度不是均匀的，也不是线性衰减的，而是弧形衰减的。所以传感器的感应线圈必须绕在激励线圈的线圈中间，才使传感器具有最佳灵敏度和线性度。感应线圈的长度必须根据激励线圈产生的磁场的中间近似均匀的区域的长度来确定。 

为使传感器具有最佳灵敏度，使传感器输出具有很好的线性度，感应线圈的轴向长度的最佳值应为激励线圈轴向长度的1/4~1/2。 

使用本实用新型的传感器进行油液金属磨粒的在线监测时： 

A.将两个相同的传感器的激励线圈L1和L2并联接入激励交流电场模块fd来实现零位补偿与调节，将两个感应线圈LS1和LS2反向串联并与两个等阻值的电阻R1和R2接成交流电桥，传感器输出两端连接信号调理模块，电容C和变位器R_P串联在传感器一个输出端与信号调理模块之间；

B.油液从其中一个传感器的油路中通过，另外一个传感器不通入任何物质；

C. 传感器的输出信号经过信号调理模块采集处理后，得到油液金属磨粒的有关参数。

为使监测结果准确，电阻R1远远大于感应线圈的等效阻抗。 

激励线圈L1和L2并联接入激励交流电场模块fd，激励线圈被输入激励交流电场而产生交变磁场，感应线圈LS1和LS2由于磁场的变化产生的感应电动势输出。感应线圈LS1和LS2产生的感应电动势反向串联输出，并与两个阻值很大的固定电阻接成交流电桥输出。电容C和变位器R_P用于交流电桥的平衡调节。当传感器中含有激励线圈和感应线圈的一个桥臂通过含有金属磨粒的油液而另一个不通过时，金属磨粒影响传感器的磁场强度，破坏电桥的平衡，感应线圈输出相应幅值的交流电压。当没有磨粒的油液通过传感器时，传感器的两个感应磁场线圈产生的电压相同，桥式电路输出为零。输出电压大小和金属磨粒浓度大小成正比，油液中含有的金属磨粒浓度越大，输出电压值越大。通过信号调理模块对输出信号采集和处理，达到对油液金属磨粒浓度在线监测的目的。当然后续处理还包括A/D转换和微处理器处理等一些常规的数据和结果处理步骤。