一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器状态监测与故障诊断领域，具体涉及一种油液磨粒检测传感器的 设计方法及油液磨粒检测装置。
【背景技术】
[0002] 现今机械设备往往具有高精度、高转速等特点，但这会带来加速磨损的危害。机械 设备都必须使用润滑油，对齿轮、轴承等高速旋转零件进行润滑，才能使之正常运行，润滑 油的良好状态可降低机械磨损，有效延长设备的使用寿命。因此对油液的检测是非常重要 的，由其中磨粒的检测分析，不仅可以获得油液的状态，也可获得设备润滑与磨损状况的信 息，及时更换油液或更换相关零件，以防止故障发生。
[0003] 目前对机械设备中使用润滑油油液进行磨粒检测的方法分为离线式和在线式。所 谓的离线式就是在机械设备运行结束后对油液采样。这种检测方式虽然检测精度极高，但 是不能满足实时监测的要求。在线油液磨粒检测传感器主要安装在油路管道上，能连续对 油路中的油液进行分析与处理，及时获得分析结果，时效性高，而且对循环油液系统的干 扰较小，不会影响机械设备的正常运行。
[0004] 在线油液磨粒检测传感器目前主要是三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一 直线的感应线圈和2个激励线圈，感应线圈处于中间，两个绕制方向相反的激励线圈紧靠 在感应线圈两端。该传感器置于油路管道内，当油液中的铁磁性或非铁磁性磨粒进入一端 的激励线圈，使线圈内的磁场产生扰动，磁场强度的改变使感应线圈产生正或反相的类正 弦波信号，根据该信号能判别磨粒的磁性，及磨粒的大小、形状等参数，非常便于工程分析。
[0005] 但现有的此种传感器感应线圈所输出信号中的待调制信号电压幅值很低，并含有 噪声成分，现有的在线磨粒检测装置分析得到待调制信号中相关磨粒信息的准确度不能满 足实时掌握设备润滑与磨损状态的要求。
[0006] 为了使传感器成为批量产品且便于安装在发动机等各种机械设备上，油液磨粒检 测传感器的骨架都有确定的尺寸。在确定传感器骨架尺寸的条件下，对如何选择传感器关 键参数：线圈匝数n没有一定的设计方法，也就无法取得线圈的最大磁场强度变化，从而提 高感应线圈输出的待调制信号电压值。
[0007] 另外现有的油液中金属磨粒的检测装置对感应线圈输出信号的处理电路也难以 去除其中的噪声成份，因此需要改进。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种油液磨粒检测传感器的设计方法，在油液磨粒检测传 感器在确定骨架尺寸的条件下，选择使磁场强度最大的线圈匝数，保证感应线圈输出的待 调制信号电压值最大。
[0009] 本发明的另一目的在于公开一种油液磨粒检测装置，其采用本发明设计方法设计 的油液磨粒检测传感器，在传感器骨架确定后，线圈匝数使磁场强度达到最大，且其调制解 析电路中配有低高频滤波电路以更好清除噪声。
[0010] 本发明提供的一种油液磨粒检测传感器的设计方法，所述油液磨粒检测传感器为 三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈和2个激励线圈，感应线圈处 于2个激励线圈中间，2个激励线圈绕制方向相反，分别在感应线圈左右两侧，2个激励线圈 连接高频激励信号源，所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感 应线圈和2个激励线圈中间流过。
[0011] 所述油液磨粒检测传感器感应线圈和2个激励线圈的空心直径相同，绕制感应线 圈和绕制2个激励线圈的漆包线直径相同，感应线圈和2个激励线圈的匝数n相同。
[0012] 激励线圈内部磁场强度为B，
[0013] B = u0nl
[0014] 其中，％= 4jtXl(T7H/m为常数、真空磁导率，I为激励线圈的电流。
[0015] 电流I取决于2个激励线圈所连接的高频激励信号源的正弦波峰峰值V以及2个 激励线圈的阻抗Z，
[0016]
【主权项】
1. 一种油液磨粒检测传感器的设计方法，所述油液磨粒检测传感器为三螺线管差动式 传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)，感应线圈（4)处于 2个激励线圈（2、3)中间，2个激励线圈（2、3)绕制方向相反，分别在感应线圈（4)左右两 侧，2个激励线圈（2、3)连接高频激励信号源（1)，所述油液磨粒检测传感器置于油路管道 内，待测油液从传感器的感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)中间流过； 所述油液磨粒检测传感器感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的空心直径相同，绕制 感应线圈⑷和绕制2个激励线圈（2、3)的漆包线直径相同，感应线圈⑷和2个激励线 圈（2、3)的匝数n相同； 其特征在于感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的线圈匝数设计方法的步骤如下：
1. 确定高频激励信号源（1)的正弦波的频率和波峰峰值V， II、 确定感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的空心直径并计算其横截面积A， III、 确定2个激励线圈（2、3)的绕制宽度1， IV、 用欧姆表测定2个激励线圈（2、3)的实际电阻值r，
V、 按公： 求得B私 公式中，UQ为真空磁导率，u。= 4 31X10 _7H/m， VI、 取B最大值对应的n为感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的匝数。
2. -种油液磨粒检测装置，包括油液磨粒检测传感器和调制解析电路（5)，油液磨粒 检测传感器的感应线圈（4)输出信号接入调制解析电路（5);所述油液磨粒检测传感器为 三螺线管差动式传感器，包括中心线为同一直线的感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)，2 个激励线圈（2、3)绕制方向相反，分别位于感应线圈（4)左右两侧，2个激励线圈（2、3)并 联高频激励信号源（1); 所述油液磨粒检测传感器置于油路管道内，待测油液从传感器的感应线圈（4)和2个 激励线圈（2、3)中间流过； 所述调制解析电路（5)包括前置放大电路和示波器；其特征在于： 感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的匝数相同，根据
取B最大值对应的n为感应线圈⑷和2个激励线圈（2、3)的匝数； 公式中叫为真空磁导率，U(l= 4JIX10_7H/m，％为高频激励信号源⑴的正弦波的频 率，V为高频激励信号源（1)的正弦波峰峰值，A为2个激励线圈（2、3)横截面积，1为2个 激励线圈（2、3)的绕制宽度，r为2个激励线圈（2、3)的实际电阻值。
3. 根据权利要求2所述的油液磨粒检测装置，其特征在于： 所述油液磨粒检测传感器的感应线圈（4)的输出端连接调制解析电路（5)，调制解析 电路（5)包括顺序连接的前置放大电路、低通滤波器、高通滤波器和示波器。
4. 根据权利要求2或3所述的油液磨粒检测装置，其特征在于： 所述2个激励线圈（2、3)所连接的的高频激励信号源（1)的正弦波峰峰值V= 10~ 15V，正弦波的频率10~20K，感应线圈（4)和2个激励线圈（2、3)的空心直径均为 D=8~12mm;感应线圈⑷的宽度1。= 5~10mm，2个激励线圈（2、3)的绕制宽度1 = 5~6mm，绕制感应线圈⑷和2个激励线圈（2、3)的漆包线直径均为D1= 0? 1~0? 3mm。
5. 根据权利要求2或3所述的油液磨粒检测装置，其特征在于： 位于感应线圈（4)左右两侧的2个激励线圈（2、3)与感应线圈（4)紧靠，即位于感应 线圈（4)左侧的激励线圈（2)的右端紧靠感应线圈（4)的左端，位于感应线圈（4)右侧的 激励线圈（3)的左端紧靠感应线圈（4)的右端。
6. 根据权利要求3所述的油液磨粒检测装置，其特征在于： 所述低通滤波器为二阶巴特沃斯低通滤波器，所述高通滤波器为二阶巴特沃斯高通滤 波器。
【专利摘要】本发明为一种油液磨粒检测传感器的设计方法及油液磨粒检测装置，本方法为在传感器骨架确定后按公式计算磁场强度B与线圈匝数n的关系曲线，取B最大值对应的n为感应线圈和2个激励线圈的匝数。本装置为按本发明方法确定传感器各线圈匝数，感应线圈的输出端连接包括顺序连接的前置放大电路、低通滤波器、高通滤波器和示波器的调制解析电路。本装置针对信号输出成分，提供了包括前置放大电路、低通和高通滤波器的调制解析电路。本方法设计了能使信号输出幅值达到最大的传感器线圈匝数，且在规模生产的传感器骨架尺寸下，便于安装在各类油液润滑的发动机上。本装置准确获取磨粒相关的信息，可检测到直径仅500μm的金属磨粒。
【IPC分类】G01N15-00, G01N15-02
【公开号】CN104697905
【申请号】CN201510124960
【发明人】王衍学, 丁永彬, 张应红, 何水龙, 蒋占四, 张锁峰, 董智鹏
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月20日