一种液压油磨粒检测新方法研究

液压油中的磨粒含有大量有关液压零部件磨损的重要信息,对磨粒的检测可有效预防液压系统的故障。针对电感式磨粒传感器对非铁磁性金属磨粒的检测能力较弱的缺点,本文提出了一种集成式磨粒检测装置,包括一个电容式传感器和一个电感式传感器。电容式传感器可对液压油中的气泡和金属颗粒实现区分检测,电感传感器可对液压油中的铁磁性和非铁磁性磨粒进行区分检测。通过结合比较电感和电容两个传感单元的检测结果,可实现对液压油中的气泡,铁磁性和非铁磁性金属颗粒的高精度检测。所设计的传感装置能够检测并区分80μm气泡,30μm铁颗粒和45μm铜颗粒。电容式传感器和电感式传感器的集成有效地弥补了两种检测方法各自的不足,这种多种传感器融合的方式对提高磨粒检测装置的检测精度具有重要的意义。     

电感式油液磨粒传感器系统设计

油液中的磨粒可反映发动机等设备的磨损状况,为实现油液金属磨粒的在线监测,基于电磁感应原理建立了三线圈传感器的数学模型,通过仿真分析传感器最佳结构参数(内径、间隙、宽度等),利用相干解调模型提取磨粒信号,并分析磨粒信号产生原理.系统采用多层屏蔽结构,可有效减少外部的磁场干扰,设计的传感器检测系统接入风机齿轮箱油路进行相关试验.试验结果表明,本系统可对磨粒信号进行有效提取,且磨粒信号同时受磨粒速度及磨粒尺寸的影响,可在流量为1～18 L/min的工况下实现187 μm铁磁性金属磨粒和578 μm非铁磁性金属磨粒的检测,后续可结合BP神经网络对油液金属磨粒各特征参数进行自适应判别,对今后油液磨粒在线监测设备的开发提供了理论支撑及技术支持,为机械设备故障诊断提供重要依据.     

二节螺线管式润滑油金属颗粒传感器研究

金属颗粒是润滑油的主要污染指标,能反映机械设备的磨损状况,对油液中金属磨粒的在线监测可及时了解设备的故障信息,避免事故发生。针对润滑油中金属颗粒的监测提出了一种二节式螺线管传感器,介绍了传感器的监测原理,建立了螺线管检测灵敏度数学模型,并利用Maxwell有限元仿真软件分析了不同磨屑进入传感器后螺线管磁场及线圈感应电动势的变化。分析结果表明二节式螺线管传感器可实现对金属磨粒材质、大小及数量的检测,并且具有较高的检测灵敏度。     

静电传感器在油液在线监测系统中的应用

将静电传感器技术运用到油液在线监测系统中去,对机械设备的磨损情况进行分析;研究了油液磨粒荷电机制,以及磨粒荷电量的影响因素;提出了一种改进的静电传感器测量模型,利用大型有限元分析软件ANSYS,对影响静电传感器性能的主要因素进行了仿真分析,并对传感器的结构进行了优化设计;研究了磨粒浓度与传感器测量电压之间的关系,运用静电传感器在线监测机械设备润滑油中磨损颗粒的荷电情况,得到设备磨损的监测结果,验证了静电监测方法的有效性。     

一种基于神经网络的磨粒混叠误差修正方法

电感式磨粒检测方法采用电磁感应原理,能够实时地检测机械设备所产生的金属磨粒,是目前具有潜力的在线磨损监测方法;然而,多个磨粒同时通过传感器引起的信号混叠是造成检测误差的一个重要原因。提出一种基于神经网络的混叠误差修正方法,通过采用单个磨粒的实际信号构造混叠样本,对神经网络进行训练,从而获得磨粒信号的混叠模型,并且能够解决传感器差异所造成的方法适应性问题。最后,采用正弦波模拟磨粒信号验证了方法的有效性。     

一种基于微流体制备的电阻电感式磨粒传感器

为了实现油液金属磨粒的高精度测量,基于微流体制备了一种可检测电阻电感参数的磨粒传感器。通过仿真获得了金属颗粒在时谐磁场中的磁化和涡流效应特征,并通过实验研究了电阻电感检测的电压特性和频率特性。高频激励可以增强金属颗粒内部的涡流效应,而激励电压对传感器检测结果的影响不大。研究表明电感参数对铁磁性金属的检测能力强,电阻参数对非铁磁性金属的检测能力强。采用2.0 V、2.0 MHz的激励,通过比较分析电阻和电感检测结果,该传感器可有效识别直径60 μm的铜颗粒和直径16 μm的铁颗粒。这种基于线圈电阻参数检测非铁磁性金属磨粒的方法为增强磨粒传感器的综合测量性能提供了新思路。     

润滑油金属颗粒传感器设计及试验研究

根据电磁感应原理提出一种润滑油金属磨粒传感器模型,并对金属磨粒传感器的基本结构和检测电路进行设计。在传感器测试试验台上对传感器检测抗磁性磨粒和铁磁性磨粒的能力进行测试,研究电压、温度对传感器的影响。测试结果显示：传感器可以准确判别润滑油内的铁磨粒和铜磨粒,其中铁磨粒和铜磨粒的最小检测直径分别为200 μm和500 μm;在3～5 V电压下该传感器的输出特性稳定;在20～60 ℃温度范围,温度对传感器的影响可忽略,传感器测量精度满足要求。     

润滑油金属磨粒传感器设计及试验研究

根据电磁感应原理提出一种润滑油金属磨粒传感器模型,并对金属磨粒传感器的基本结构和检测电路进行设计。在传感器测试试验台上对传感器检测抗磁性磨粒和铁磁性磨粒的能力进行测试,研究电压、温度对传感器的影响。测试结果显示:传感器可以准确判别润滑油内的铁磨粒和铜磨粒,其中铁磨粒和铜磨粒的最小检测直径分别为200μm和500μm;在3~5 V电压下该传感器的输出特性稳定;在20~60℃温度范围,温度对传感器的影响可忽略,传感器测量精度满足要求。     

基于GMR磁传感器的油液铁磁性磨粒在线监测实验研究

为实现对油液中铁磁性磨粒的在线监测,设计搭建一套在线监测装置;基于GMR磁传感器芯片可有效检测微弱磁场的特点,利用GMR磁传感器监测单个铁磨粒被磁化后的剩余磁场;采取"模拟在线"的形式,从GMR磁传感器输出的磁场信号中获取磨粒信息。通过优化装置和试验参数,研究温度、磨粒运动速度对测试系统输出结果的影响,探讨传感器的磨粒检出能力及检出结果的一致性。试验结果显示:在95℃以内的温度和5 cm/s以内的磨粒运动速度条件下,传感器的输出值基本不受影响;运动速度一定时,装置对不同粒度的磨粒输出一致性良好。试验初步表明了GMR磁传感器可用于油液铁磁性磨粒的在线监测,可有效检测出尺寸在75μm以上的铁磨粒。     

一种高梯度静磁场感应式全流量磨粒监测传感器

针对传统单激励油液磨粒传感器难以实现全流量润滑油监测的问题,提出了一种基于多激励结构的感应式磨粒监测传感器。在传感器流道周向均匀布置多个激励结构,扩大检测范围,从而实现全流量磨粒监测。建立三维有限元模型,分析了感应线圈的静磁场和瞬态特性,揭示了激励结构数量与y-z平面周向磁场均匀性的关系。同时,优化了传感器的磁极形状。单颗粒模拟实验表明激励电流、电流方向和激励结构数量直接影响磨粒感应信号波形,验证了激励结构数量是影响传感器有效检测范围的重要因素。润滑油系统循环条件下的磨粒注入实验结果显示,传感器能够在直径为40 mm的流道中检测到13μm的铁磁性磨粒。     

高精度磨粒检测传感器的设计及研究

为了提高电感检测传感器对于非铁磁性金属磨粒的检测精度,提出了一种可实现电感和电阻参数检测的磨粒检测传感器。所设计的传感器主要由紧密贴合的环状硅钢片和平面电感线圈构成,硅钢片的加入增强了检测区域的磁场强度,使得金属颗粒的磁化效应和涡流效应更加剧烈,从而提高了电感和电阻检测精度。通过对比实验发现,环状硅钢片在提升检测精度的同时,并未增加电感及电阻检测信号的噪声;且电感检测和电阻检测都对铁磁性金属颗粒具有更强的检测能力;对于铁磁性金属颗粒,电感检测更为有效;但对于非铁磁性金属颗粒,电阻检测更为有效。将电感检测结果和电阻检测结果相结合,则可使用20匝的平面电感线圈实现对55μm铁颗粒和115μm铜颗粒的检测。本文提出的磨粒检测传感器可为液压油污染物的在线监测提供了技术支持。     

滑油金属磨屑在线电磁检测传感器的仿真研究

因循环着的润滑油液中包含了与系统工作状态直接相关的大量信息,所以在线滑油金属磨屑传感器的研究对机械故障的监测尤为重要。文中利用Maxwell软件建立反向螺旋传感器模型,检测分析滑油中半径为50~300μm磨粒通过时的电感特性,从而得出不同情况下的电感图。着重分析了双磨粒的电感情况,比较直观地反映了磨粒对磁场的影响,为提高传感器的检测灵敏度提供了理论依据。     

液压系统油液在线监测技术研究

对液压系统的常见故障及常用监测方法进行了分析,提出将静电传感器技术运用到液压系统在线监测中;研究了液压系统油液在线监测机理、磨粒荷电量的影响因素;设计了一套适用于液压系统的油液在线监测系统;研究了磨粒浓度、大小及材质与传感器测量电压之间的关系.运用静电传感器在线监测液压系统工作介质中磨损颗粒的荷电情况,得到液压系统磨损的监测结果,验证了静电监测方法在液压系统在线监测中的有效性与可行性.     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒特性仿真研究

针对机械装置的在线监测传感器,模拟了铁磁质磨粒通过传感器过程中传感器线圈的磁场和感应线圈的感应电压瞬态变化特性.考虑了线圈与铁磨粒的材料、线圈匝数和激励线圈的输入电压等因素,应用Jmag Designer I0.4软件建立了传感器的二维有限元模型.仿真结果揭示了磨粒运动过程中线圈磁场与感应线圈中感应电压的变化规律,获得了感应电压与球形磨粒的直径大小的立方成正比,与磨粒运行速度成正比.研究结果对于电感式磨粒传感器的开发具有重要的指导价值.     

黄铜全流量在线磨粒静电监测实验研究

为深入了解静电监测方法对黄铜的监测能力,采用自制的全流量在线磨粒静电传感器开展黄铜的静电监测方法研究。研究了润滑条件下轴承钢-黄铜滑动摩擦荷电磨粒的产生机理并设计了磨粒静电监测系统,开展了三种尺寸的轴承钢球和黄铜球的单颗粒注入实验、双颗粒注入实验以及相同载荷、不同滑动速度的轴承钢-黄铜滑动摩擦磨损实验,对摩擦因数、静电感应信号、静电信号均方根值进行相关性分析。研究结果表明:全流量在线磨粒静电传感器具有较好的检测一致性;静电监测方法对黄铜的监测能力强于对轴承钢的监测能力;摩擦因数与静电监测信号具有相关性,在磨损阶段,静电感应信号出现脉冲尖峰与持续上升。     

基于在线油液磨粒检测的风电机组齿轮箱磨损状态监控

针对风电机组齿轮箱的早期磨损故障监测需求及降低维护成本诉求,提出基于在线油液磨粒检测的磨损状态监控技术。设计适用于风机的大孔径油管的金属磨粒检测传感器,开发适用于风电场所有风电齿轮箱磨损状况分布式测量的智能监控系统。试验及数据分析表明该技术和产品具有灵敏度高、抗干扰能力强、颗粒检出正确率高等优点,满足风电机组齿轮箱磨损监测的实际应用需求。     

电涡流磨粒传感器磁场仿真研究

针对电感式磨粒传感器易受磨粒连续性影响和无法识别磨粒材质的问题,通过增大电感式磨粒传感器中磨粒的涡流作用,提出一种电涡流磨粒传感器。结合有限元软件ANSYS Maxwell建立电涡流磨粒传感器的仿真模型,并对不同材质和尺寸的磨粒进行仿真分析,验证电涡流原理在磨粒监测中的可行性。对不同激励频率及线圈内径的电涡流磨粒传感器进行仿真分析。仿真结果表明:电涡流作用可以识别磨粒尺寸,磨粒产生的涡流作用与磨粒尺寸成三次方关系;电涡流作用可以识别磨粒材质,不同材质的磨粒在相同的磁场环境中产生的涡流作用不同;线圈的激励频率越高,磨粒的涡流作用越大;线圈的内径越大,磨粒的涡流作用越小。     

反向双激励螺旋管式磨粒传感器的传感特性研究

传感器作为磨粒监测技术中的一个重要组成部分，其性能直接影响监测的结果。针对正在研制的磨粒传感器，运用电磁场原理、毕奥-萨伐尔定律等，推导出了反向双激励螺旋管式磨粒传感器的数学模型并对其传感特性进行了分析，为该传感器的设计、优化及改善其性能提供了理论依据。     

重载齿轮系统油液分析数据灰色关联分析研究

油液分析是监测重载齿轮传动系统磨损状态的有效方法。通过油液分析方法获得磨粒浓度(WPC)、黏度、酸值和水分指标,构建磨粒浓度与润滑油理化指标的灰色关联方程及灰色关联动态矩阵,研究各监测时段理化指标与磨粒浓度的关联度动态变化趋势。研究表明,灰色关联动态矩阵能直观反映设备各时段的磨损状态与润滑油品质的动态关联情况,为判断在用润滑油是否满足设备的润滑状态提供理论支持,通过长期监测可建立科学合理油品补充周期。同时,可为铁谱分析中磨粒区分和设备磨损状态的判别提供依据。     

三线圈电感式磨粒传感器的检测电路

润滑油中磨粒反映了机械运行状态的大量信息,所以对磨粒进行检测具有很重要的工程应用价值。依据润滑油中磨粒与电感线圈之间耦合关系,设计了一种三线圈电感式磨粒在线监测传感器。根据传感器测量原理,该检测电路设计主要包括调幅调相驱动电路、前置放大电路、精密整流电路和后级滤波放大电路。实验结果表明:该检测电路结合后续NI信号采集模块与LabVIEW数据处理,对铁磁磨粒的分辨率达到100μm.