专利名称：监控流动液压流体中颗粒污染的装置和方法
监控流动'M流体中颗粒污染的装置和方法狄领域本发明涉及:H5U'J要求1前序部分所述的监控流动、M流体中颗粒污染的 装置^^3U']^求7所述的J^控颗粒污染的方法。
背景技术：
:^流体的品质对于保证飞行器中安全-关键子系统(例^#翼、缝翼、飞才途落架等等)的j^角辦A^关重要的。躯^^的污染会严重iiy员害、;^系统中的4;i^件。因此，在各^i,修中需要严格的污染控制以确保飞行妙和#充分的、;^￡系统准备。存在于舰辦系统中的污染通常源自針不同的根源。维修不当引入大量夕h^污染'磨损和化学^也是液压系统污染的因素。污染物类型通常净紛 为有机的、金属固体、一^r属固体、外来W4、空^Mc。有才几固体由^损、氧^isl聚合产生。o型圈、刮_条、垫圏和l^管的细小颗 粒由于磨损或化学^i而出现。金属污染;i^始终存在于液压系统中。这些颗粒是棵金属部#电镀材料 (比:HW^)的磨损和划痕的结果。i^咸非金属固体包括灰尘、油^^立、污塘和> ^。这些颗l嫂常被 W卜部源头级入液压系统中。断开的软管、管道和零件是入口。液压活Sfr潮 湿的表面也可能使一些污染物通过压力密封圈并pil^液压系统。溶解的、吸入的或游离浮动的空气污染物会对液压系统有不利影响。级入 空气的絲流体会导致泵汽蚀引起的严重的才/i^y员伤、系B力损失、iUt緩 或不稳定的飞行#^1动。水是絲系统严重的污染物。溶解的、孝l/f匕的或游离的水会导致结械金 属表面的氧^^蚀产物。外来流M常是在维修期间无意中引入'aa系统的润滑油、发动才A^料或不恰当的液压流体的结果。除了水以外的外来流体的影响取决于污染物的私资。结构材料的i^性、与'妙^/^7jC的A^、以及可熟t沐粘度的变^^P^到影响。这种污染的影响可^l轻微的iU^重的，絲于污染物、数量(量) 以及它在系统中存在的时间长短。油中的污染物^^粒计IUM角定。^^]两个絲方法基于、絲的颗粒 计^^N殳备直接给出l到^f言息(孩沐，m)和特^A寸范围的图。另一个方 法通过极细孔的滤纸来过滤油样。滤纟樣面的颗粒l^在显微镜下监控，并与 标准污染图MtbM^而表明污染考UL取^^定^T立计数，污染^fi^^成两个主要沐系ISO (国际标准^i^只) 和NAS (领空标准)中定义的船，J。每个船，J在指数标度内P艮定数量的范围。 不幸地，这两*系不一致并且不能筒#^:学转换。但是可以给出一些简单的 导向。首先让我们看一下这两个昧系。NAS体系#^^立分为5个范围。jtb^卜，NAS体系在每，粒范围中指定不 同的数量以划定特定船，h实际上，油样显示出在不同的颗粒范围获得7L^相 同的NAS船ij。该体系的目的是为了匹配大多数常见的实际上具有许多小颗粒 和少lbW粒的污染物。例如，典型的油品分析具有分为5个M'J的计数。根 据NAS1638得到的NAS to^败为颗津i^t为最高(坏)分数(score )，并JLX 指定了这个《'』。目前';^a流体的品质通常离钱监控。在A/C维f务期间，g医系M^出流##品并由离线实验室设备评定它们的品质。这个过程费时并且昂贵。對^t 固定的计划而不是才娘需要^^必要的銜l^作。US4323，843/^Hf了一种^^则流体(如引擎传动装置润滑剂)中铁污染物的 仪器。所述仪器具有两个间隔分开的电极、在电极之间延伸的磁通量(磁力线^i4^Ul线)，当金属^N皮^J'J員量，成电W^^从而形成一个电to'J另一个电^1之间的导电*时，电极净iU^接至用于发出信号的电路。^4^, 传感器是一个中空塞子(其在^ J晰皮旋柠在一个变速箱壳的口上)，并且具有 与箱内润滑剂"^触的平坦侧壁。塞子包括两》^P面向塞子侧壁的》^I失，侧壁 的-~^^#为一个电极。-"^ 兹性圆盘安#塞子侧壁夕1^，并与其电桑嫁， a^磁欧。该圆盘作为第二个电极并且用来51导^it量直线穿过电极之间的间 隙。电极可以连接到电路装置，由此能够检测电极间阻抗的变化。这个检测装置的主，陷Ay口、有铁类的污染物可以被检测。因》bN对于所作努力和占用的花费，效率是非常有限的。US 5,754,055描述了一种润滑/^E流体工;X^控器，其中在流体管路J^文 置共轴微波谐振器以确定化学性质的变化，并显示碎片浓度。微波^4^皮用于絲器以测量^y^频率和械器Q值。当测量共振教M时，夕NP驱动电场或 磁场净iUU来交^^^^f多动流体中的碎片，逻4样元自动地产生^y^频率和Q M照谐^J^莫i^夕Np场强度的表格。i^a^格《M流g况的指紋图i普。 将这些指紋图谱与-"^^已知条件下测量的指紋图镨相匹配，确定流体的状况。由氧^iyc的存在引起的流体介电常数的变化、由于轴^^损引起的导电颗粒^^和尺寸的变化以JS^占度的变^^^响指紋图语；并且因此可以实时监控。 在该发明的变形中，印刷在微波电5^Ji的集总电5l^振器^^作传感器。在 进一步的变形中，印刷在微波电5^上的传输线共振器^^I作传感器。然而在 另一个变形中，共振器是流体流动通过的集总电路波导结构。仍在另一个变形 中，时^^测量技术用在一端,W旻于流体中的传输线中。这种解决方案的主 狄陷是利用微^M^^在飞^^t中产生问题。特别是在^it控的自动驾驶 4义系统附近，这些^^则装置不能在飞行ll^怍期间使用。US 4，013，953描述一种油光学监控器，其通过将光穿出由才饼采集颗粒污染 物在90。的，M而测量油中颗粒污染物，并才娥光(^^上直m过油)的 衰减由第二光学传感器测量化学分解。样品和参照物交^i^it^响应传感器 以^jt和校准误差，从而每^"感器可以有在样^M言号和参照信号之间交替的 输出信号。样品和参照物*|4^#^内部，#具有叶轮从而使其可以作为泵 由马达驱动或作为叶轮机由液淑区动。当衬用作叶轮机时，光响应传感器的 频率与由叶轮^4^t^示的液^jl率相关联，从而为电i^^^—个适当的响应 频率尺寸以监控;*流动。将表示颗净^t的峰值^^则器的峰值信号相加以提供与污染物的量对应的输出。该装置的主，陷U杂的才;i^构，其包拾润滑 油流动中的叶轮才;^羊品^^作为主要结构部分。这可能会导致整个^系M^L械缺陷^t障。另外，已知解决方案不負y^^i^4^。 ^，这些已知解决^昂贵并且占用相对较大的空间。 发明内容因此，本发明的目的是提^-种监控';^流体中尺寸范围为O.lnm - lOOjim的小固体^^立的装置，其可以敏贿^Mc中的缺陷。该监^^置应该能够嵌入A/C'妙系统，以^^EJE常飞^^t期间或a面Ji^^^控流体品质的退 化。jH^卜，本发明解决方案有助于斷氐a/c维护A^并增加a/c利用率。这些目的可以通过具有^，j要求1特征的装置和具有权矛J^求7特征的方 法絲决。城权矛J^"絲述了有利实^r式。才^本发明的监控流动M流体中颗粒污染的装置，其特征在于它包括用于颗粒计数和测定颗粒大小的装置。##本发明的装置允许在^]&搶;^￡流体中尺寸范围为O.ljun-100nm的^4失的和非铁的小固体顿f立，^SiL贿技术 中的缺陷。该监^^置可以^AA/C液压系统，以侵^JE常飞行操怍期间或在 地面上实时监控流体品质的退化。另夕卜，本发明的解决:^有助于斷氐a/c维 护成本，并且由于可以战eg^排必要的维修行为增加了 A/C利用率。为了估算 测量信息，提^:据处理单元。数据处理单元包"fet势数转换器、数据，器和 4^亍测试计^t件的CPU。为了'mi^:据，这种软件可以包括M了NAS1638 数据的数据库。才財居本发明的装置有助于将飞行器A/C '氣医系统中的^^立物质 污染7K平维持在可被的7K平，并确1辆成'絲系统的才;^件的最小退化。 本发明的皿实施方式的特征在于该装置包括光学传感器和流量传感器。 光学传感器可以^t^直径为100nm的光电狭缝传感器。为了确定颗粒大小和 颗粒数，可以使用光垒技术利用对颗粒传输的遮^^来计算颗津i^:和颗粒大 小。本发明的M实施方式的特4^于提供两个或更多个具有不同M直径的 光学传感器。光束直径可以从10fim或20nm开始，变动到lOO^im或150nm。本发明的另夕卜M实施方式的特棘于流量传感器;I^1声换能器。飞^f豫 作中测量的液^:飞行器液压泵系统产生的，并由于特定的飞行，lf^可以不同。 这特别会^在不稳定的飞行十 (有时有高*引力作用)。jH^卜，为了食&使 用超声换能器，还应该测量流#^显度以计算该流体中的声速。辆面上监控颗 粒污染的情况下，可以将^i调节到已知值，这就使附加^it检测变得不必要。才NI本发明的监控流动M流体中颗粒污染的方法包括以下步骤J角定流体;腿；-计算固定时间段内通^垒的'妙流体中的颗**; -通过^^J 一个范围内的不同败&电平获#^粒大小分布。该方法可以有利地与监控流动'M流体中颗粒污染的装置一同使用，该装置包括用于颗粒计数和测定颗粒大小的装置。jti^卜，应该提^t据处理单;^ 而允许^^^U各自计^:件估Wt据。才娥本发明的优&实施方式，重复颗险污染测量从而推知可能ii^临界污 染7jc平的时间。用这种信息可以战eg^桥必要的维护行为，即和其它维护行为 "-^。才娥本发明的to实施方式，信号大小和信号持续时间絲于颗粒大小。 ^*述 学传感器敝的输出电压信号是可见的并可以#< 状(信号tt) W言号振幅计算。才娥本发明的另一^^实施方式，累积义寸光i沐差分尺寸光镨被用于 计算^^立大小。这些计算结果可以^f^]按照NAS1638的统计数据iMHi。仍才鹏本发明的另一^N^实施方式，将可检测的粒径范围预置为10nm -100nm。 M^了将噪声信号4f^判断为^F立计数。
本发明进一步的目的、特^优点通过下面对附图所示的本发明的M实 施方式的详述将变得^口清晰，其中图1显示才^I本发明的装置的M实施方式的示意图； 图23《是才 本发明的装置的功^^理的解释^笛述。真沐实施方式如图1所示，监^^置1包括金属壳2，其包^个或多个用于颗粒计数的 光垒6和能够定Jr测量津到圣的内置有温度传感器(^示)的^i声流量传感器 a3。金属壳2被构iM^具有大体为圆形截面的管道，并旁路主、a管。壳2因 此可以具有图1中U形截面图。旁路流体F^边垂直的U-^tiiiX壳2，并 在壳2 7jC转^l皮引导，光垒6的光电传感雜于壳2中心。j^卜，超声换能 器A位于壳2水平U形部^卜部左端，超声换能器B位于壳2水平U形部分 夕KP右端。流动M流体F从监^^置1右边垂直U-柱离开并再次:^^压主 管路。两个光垒6以光路径4垂直于流体F流动方向的方i(^置。光学窗口 8将 ife^射体3和光学检测器5与流体F分开。光垒6包括it^射体3 (在目前范 例中是红光LED)和皿测器5 (在该实施方式中是硅光电二极管)。光电4 管的铜:感区由孔面积决定。孔的尺寸被调节到最大粒径以使单，粒的it^^最佳。根悟图1的优 选实施方式中，左手边的光垒6比右手边的光垒6具有更大的光束直径。在该 实施方式中，较大的光束直径是100nm，较小的直径是50nm。光垒6利用光学窗口 8与流体分隔开。在该实施方式中光学窗口是^1^ 流^Till管9相对侧的两付面窗口。窗口由O型圏密封并由,固定。LED 发射#光电^1管接收器*^1^^的内部相对侧。超声换能器A、 B》i^与流体F流动共轴;^射。温度传感器(未显示) 与沐体直##触以提供流<^显度测量。超声流量传感器包括2个既可以当作发 电机G又可以当作超声波接收器R的压电换能器。两个发射器都沿着流体F流 动方向共轴方t置。两个换能器都与流体直^^触，借助于O型圏密封并固定在 ,内部。接下来，将要描述辦期间监4t^置1的功能。利用光垒6^!则与a^F "^漂流的颗粒，光垒6由一恒定电流7驱动。LED用作光源，光电二极管与 LED发射器相对放置。光电二极管的敏感区由枳4^U^寸决定。在^^itit^ 垒6的情况下，可以检测到光电流的变化。光电检测11^言号的峰高^#宽^: 于i^W险的直径和其在流体F内的漂沐逸变，即取决于流体F本身的流速。与光电检测器上的孔的尺寸相关的粒径决^"遮舰应的大小。大的孑W圣 允许检测;^粒，代价是小颗粒产生遮皿应太小以致于无法检测。具有较小 孔的第二光垒6可以增加小颗险的it^应，由jHM吏它们可以被检测到。大于 小孔直径的颗粒^^皮误认为是具有小孔直^^寸的颗粒，并产生附加的4f^计 数。由于丰到圣光"ifdi常絲并到圣增加'1^4下降，第二光垒6错误的计做目是 可以容忍的。为了能够定量测量粒径，流体流速由两个超声换能器A、 B测量，第一换 能器A在与液流平行的方向发射，和第二换能器B与影M^平行的发射。两个换能器A、 B都与流体直^^触。利用飞行时间测量原理测*; 。该原理利用>^^射至1展收换能器的声传播时间的差异(由于声音与液流方向平行Jil^平行发射)确定5腿。飞行时间差异测量在图1左，'J和下部示出。超声换能器A、 B作为发射器Gil^:器R的功能可以由方向开关S切换。测量的逆;脉 顺流传播时间之间的时间差异就认为是^^iMJ測量。流体F中的声速取决于 温度，为了^M尝，需要用与^^F直^^触的单独的温度传感器测影危体温度。 图2a-2e是^^本发明的装置的^^原理的解释J"錫述。 图2a说明了以逸复Vfl (流体5tt)通it^垒传感器的卑^^险P的itt 雌。在该实施例中^f圣是dp，光电检测器上的孑L4圣是Dw。用箭头示意'I^4示 的LED用作光源，光电^2l管与LED发射器相对放置。图2a中简图下方的图 ^^示随时间变化的电流，其中At-dp/Vfl。图2b通过提供电路简图说明了光学传感器装置输出信号的产生。 图2c显示光学传感器输出信号示意图，其中小^^立的输出信号用小矩形函 ^t^示，且其中;W^的输出信号用大矩形函lfc^示，必须殿'J的是小姊小窗直^f吏i^^I和输出信号最优化。 已经列出和描述了一些实施方式、改型和变化以阐述JJ^原理，并且可以 预辦Nt本发明的樹申和范围内的怖&实施方式的发明特征可以用在更多的和 广泛的不同应用中。附图才朽己 l监錄置 2金属壳 3紋射器5光学检测器6光垒7恒定电流8光学窗A^l声换能器B超声换能器F齡G发射器P颗粒R接收器S方向开关
权利要求
1.一种用于监控流动液压流体中颗粒污染的设备，其特征在于该设备(1)包括用于计数颗粒和测定颗粒大小的装置。
2. 1所述的监控颗粒污染的设备，^##于该设备(l)包 括光学传感器(6)和流量传感器(A， B)。
3. 如前面^""W']要求所迷的监控貌险污染的设备，M征在于，光学传 感器(6 )是光电狭^:传感器。
4. :H5U'J要求3所述的监控颗粒污染的设备，^HNiL^于,光学传感器(6 ) 具有脚m的絲直径。
5. 如前面^""W'J要求所述的监控顿fa污染的设备，其特#于，流量传 感器(A，B)是超声换能器。
6. 如前面^"H5U，J^求所述的监控顿险污染的设备，其特机在于，提供两 个或更多个具有不同光束直径的光学传感器(6 )。
7. —种J&控流动、M流体中颗粒污染的方法，所述方法包括下列步骤对固定时间段内通iiit垒的、;^a流体中的^^立计数； 利用一个范围内的不同敞l电平获^^^立大小分布。
8. :M5U'J^求7所述的方法，其中重复^^立污染测量从而推知可能iii'J临 界污染水平的时间。
9. 如拟'J要求7-8中^^项所述的方法，其中信号大小和信号機时间取 决于^l立大小。
10. 力^5U'J要求7-9中4—项所述的方法，其中利用累积乂寸光i沐差分尺 寸光{|^计算^*立大小。
11. dH5Uij要求7-10中^""项所述的方法，其中可;j^则的颗粒直径范围被 预置为10, — ioo拜。
全文摘要
一种监控流动液压流体中颗粒污染的设备，包括用于颗粒计数和测定颗粒大小的装置。此外，一种监控流动液压流体中颗粒污染的方法，包括确定(A，B)流体流速、计算固定时间段内通过光垒(4)的液压流体中的颗粒数；通过使用一个范围内的不同触发电平获得颗粒大小分布的步骤。所述监控设备可以嵌入A/C液压系统，从而能够利用根据本发明的方法在线监控正常飞行操作期间或在地面上流体品质的退化。另外，本发明的解决方案有助于降低A/C维护的成本，并且由于可以战略安排必要的维护行为从而增加了A/C利用率。
文档编号G01N33/28GK101583870SQ200680056665
公开日2009年11月18日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者D·埃尔唐思, G·穆勒, M·贝伯塞, R·雷施, T·齐耶曼, W·勒格内尔, W·菲克尔 申请人:空中客车法国公司