滑油磨粒信号的变分模态分解和概率密度估计

航空发动机磨损产生的磨粒会随润滑油在管路中流动,由于磨粒尺寸小且航空发动机工况复杂,如何实现滑油磨粒检测信号的特征提取成为系统的关键技术。提出一种基于变分模态分解(VMD)和概率密度估计的微弱信号处理方法,用于滑油磨粒检测信号处理。利用VMD获取检测信号的特征直流分量,明确直流分量的概率密度分布,以其分布均值估计滑油磨粒形成的电容值。经过仿真分析和实验验证,使用该方法能使检测系统有效分辨500μm的滑油磨粒,表明该方法能有效提高检测系统信噪比,消除噪声对微弱信号检测的干扰,改善滑油磨粒电容成像检测的性能。     

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60μm的铜颗粒和直径16μm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。     

基于磨粒尺寸、浓度及梯度多重界定的滑油污染研究

为提高滑油检测诊断精度，基于滑油中磨粒尺寸及浓度分布模型，利用概率统计理论分析方法．讨论了滑油分析中磨粒尺寸、浓度及其梯度的多重界定问题，并通过实例得到某型发动机的相关界定结果，这对于实际的故障诊断具有很强的指导意义．     

内嵌电感式磨粒监测传感器的多磨粒特性仿真研究

油液中的磨粒状态错综复杂,容易出现聚集,为准确获取磨粒信息,建立多磨粒的数学模型。为研究油液中磨粒的不规则形状对内嵌电感式传感器电感特性的影响,利用Maxwell建立内嵌电感式传感器的仿真模型,从电感值、磁通量、耦合系数等多种角度探究多磨粒的电感特性。结果表明:双磨粒的电感值远大于单磨粒,柱状磨粒电感值远大于相同体积的球状磨粒;球磨粒与柱磨粒的相对位置对电感的影响不大。     

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。     

基于梳状式电容传感器的滑油磨粒检测方法

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构优化方向,确定最佳参数。搭建实验平台进行试验,结果表明,当铁磨粒直径从0.3 mm增至0.9 mm时,电容差值从3 Ff增至17 Ff;当磨粒个数从1增至4时,差值与数量近似成正线性关系,最大增幅在200%～350%左右;电源频率从10 kHz增至100 kHz时,差值降幅在36%～67%。研究表明梳状电容传感器内部电场均匀度较好,利于提高结果一致性与磨粒检出率,可在10 mm管路中检测200μm以上的磨粒,具有较好的区分度,可为航空发动机滑油磨粒监测研究提供技术支持。     

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。     

高精度双线圈式磨粒传感器的设计及研究

提出了一种可检测电感和电阻参数的高精度双线圈式磨粒传感器,其可对液压油污染物的检测提供技术支持.激励硅钢片和内置硅钢片通过磁化作用以及对磁场的聚集作用在检测区域中生成了高强度磁场,从而提升了传感器的检测精度.正方形检测通道的设计充分利用了两电感线圈之间的区域,提高了传感器的检测通量.试验表明,内置硅钢片不会改变磨粒传感器的信号噪声,有助于获取更优的信噪比.并且激励硅钢片和内置硅钢片对置区域的磁场强度最强,金属颗粒通过该区域时就会产生电感和电阻变化的脉冲峰值.在搭建的测量系统对油液中的金属磨粒进行检测试验,结果表明电感参数能够检测到25 μm铁颗粒和100 μm铜颗粒,电阻参数方式可检测35 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒.通过结合电感参数检测结果和电阻参数检测结果,磨粒传感器可实现对25 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒的区分检测.     

机械磨损过程的在线监测

润滑油中含有丰富的机械零件磨损过程的信息,特别是分布在油中的磨粒直接反映了零件磨损量与状态信息,因此通过采集润滑油中的磨粒,可获取机械的磨损过程信息.根据对油中磨粒检测的需要,设计了磨粒传感器,并对其进行了特性试验.同时论述了对油中磨粒检测的检测方法,和检测系统的软/硬件结构.试验及应用表明,根据检测油液中的磨粒的含量和产生速率与预置数据进行对比分析,获取零件的磨损过程信息,可以准确地判断机械的磨损过程.     

静电传感器对滑油系统磨粒 电量测量方法研究

根据静电感应原理,磨粒出现在空间不同位置时,静电传感器电极感应到的电荷量相差很大,由于磨粒出现的位置是未知的,因此很难精确测量磨粒的带电量。借助数学模型,对传感器输出信号与磨粒的关系进行仿真分析。由仿真结果可知,信号的幅值与磨粒携带的电荷量以及磨粒在传感器中所处的径向位置有关;而在已知管道中滑油流速分布的情况下,脉冲宽度只与径向位置有关。提出了通过脉冲宽度确定磨粒所处的径向位置,根据传感器在该径向位置处的灵敏度获得比较准确的磨粒带电量的测量方法。通过带电油滴模拟磨粒,对该方法进行实验验证,实验结果与仿真分析结果基本重合,该方法的测量结果与通过静电计测得的结果相比,误差不超过5%。     

航空滑油两相流沉淀模型研究

对飞机实际使用中的滑油数据进行了分析，在此基础上提出飞机一次飞行后滑油从高温运动状态到静止状态的两相流中金属磨粒沉淀模型，为飞机日常保障中如何选取最佳的采样时机提供了依据。     

基于高梯度磁场结构电感式油液污染物检测传感器研究

机械设备油液中不可避免会引入一些污染物,这些污染物会对设备的正常运行造成影响,尤其金属磨粒。在一定程度上,磨粒的属性反映着设备的磨损状态。目前检测磨粒的方法有很多,而电感检测法因结构简单而被广泛应用。传统的电感检测法精度不高,此研究在检测线圈的两侧贴上开有矩形槽的高导磁坡莫合金,可以使磁场向感应区域聚集。先通过仿真对比分析了不同坡莫合金结构的磁场强度,结果表明三角形槽的结构磁场集中但不均匀,矩形开口槽有更高的磁场强度,磁场分布均匀且集中。然后根据仿真结果进行相关实验,结果表明加入矩形槽的坡莫合金后,铁磁性金属颗粒检测信噪比提升20%,检测下限提升至30μm;非铁磁性金颗粒检测信噪比提升70%以上,检测下线提升至100μm,传感器检测精度明显提高。此研究提供了一种高精度电感检测方法来检测油液中的污染物,这对于油系统的寿命诊断和健康监控具有重要意义。     

基于小尺度ECT传感器的滑油在线监测研究

针对国内航空发动机滑油在线监测技术落后的现状,对小尺度电容层析成像(ECT)传感器设计进行了研究。利用有限元分析软件Comsol和Matlab,对ECT传感器阵列电极的几何参数进行了优化,并通过静态和动态试验验证ECT应用于滑油在线监测的可行性。实验结果表明,该方法能够有效分辨物场中的不同介质,实时反映滑油介电常数的变化,利用小尺度ECT传感器可为在线滑油监测提供一种新型检测手段。     

基于图像特征的船用在线铁谱系统可测性评价方法

磨粒分析是船舶动力装备健康监测的重要手段之一,但船用润滑油因污染严重导致润滑油劣化,进而影响铁谱磨粒分析的有效性。为了验证在线铁谱在船舶发动机磨粒监测的有效边界条件,以长江航道局吸盘3号挖泥船3号机油底壳滑油为样本,通过分析润滑油的劣化程度定量确定了在线铁谱系统失效边界。采集不同污染程度的滑油油样,通过在线铁谱获取未沉积磨粒和沉积磨粒的两组图像。通过对磨粒图像的分析,研究磨粒浓度对磨粒图像分割精度的影响,获得磨粒浓度与铁谱磨粒图像有效性之间的关系,并构建亮度和平均梯度2种铁谱图片可测性评估方法。实验验证表明,2种方法均能有效分辨有效图片和无效图片,为铁谱图片的有效分析和铁谱实时在线分析奠定了可靠性基础。     

新型超声磨粒传感器检测能力实验研究

搭建测试实验系统对设计新型超声磨粒传感器的磨粒检测能力进行实验分析。利用不同尺寸范围的模拟磨粒对传感器的尺寸检测能力进行实验测量。结果表明,该传感器能够有效检测45~220μm的磨粒,检测尺寸上限约为220μm,且具有检测更小磨粒的能力。通过理论计算并与Spectro LNF Q~(200)磨粒自动分析仪进行磨粒浓度检测对比实验表明,该传感器能够有效检测磨粒数量浓度高达14 000个/m L的油液。     

用于滑油中碎屑在线监测的电容传感器设计与实现

设计了可集成于滑油管道的同轴电容传感器,可用于原位检测滑油中碎屑从而诊断航空发动机健康状态。建立同轴电容传感器的数学模型,采用数值仿真方法对电容传感器相关参数进行分析。结果表明:圆筒式电容传感器的电容值随碎屑数量的增加而增大,且大致呈现线性关系,随碎屑尺寸的增加而增大,且有较好的线性关系。确定合适的传感器设计参数,搭建试验台对同轴电容传感器进行初步实验验证,试验结果表明同轴电容传感器具有可行性。     

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。     

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。     

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。