基于多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器及其检测方法

1.本发明涉及机械设备状态监测领域，特别涉及一种基于多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器及其检测方法。


背景技术：

2.机械设备在工作运行中会发生磨损失效，根据统计，80％的机械设备失效是由于磨损失效。机械设备导致的机械零部件的损耗，会使机械设备的工作效率逐步降低。其中，润滑系统由于机械热力和化学作用，使油品的性能发生多样变化。润滑系统在不同磨损方式、不同摩擦副间产生的磨粒颗粒的大小、材质、形状特征也各不相同。
3.为了能够分析机械设备磨损状态，在机械设备运作时其摩擦副在磨损过程中产生的金属磨粒就成为携带机械设备磨损状态的信息载体。磨粒可根据磨粒的材质、尺寸、形貌和磨粒的浓度等几个特征进行分类，对其中磨粒的检测分析，可以得到机械设备运作过程中的运行状况、预测机械设备的故障，确定故障的原因、类型和部位。
4.在监测层次上，油液监测技术使用的不同方法反映了对机器的不同层次进行监测的要求。离线和在线监测技术体现了监测时间的层次性，所以综合监测要求采用信息集成和信息融合技术。基于上述原因，在线监测技术已经成为磨粒监测领域的研究热点，许多公司或研究机构都推出了自己的在线磨粒监测系统。实际的油液监测应用最多的商业传感器也是以gastops等公司，最常用的电磁型传感器通过电感线圈的方法设计的电感式磨粒传感器，不足之处就是对小磨粒的检测能力不足，对不同材料的微小金属磨粒检测能力不太理想，且大部分最小检测精度在60-120微米。


技术实现要素：

5.由现有技术出发，本发明的目的在于中获取油路中不同运动轨迹磨粒通过监测传感器的电压信号，根据得到的电信号确定不同位置下磨粒通过监测传感器的磁特性，从而在运用中有效判断磨粒在不同位置通过传感器对信号的影响。本发明提出一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器及其检测方法，通过设计出多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器来实现对微小油液磨粒的感知，并利用对应的检测方法完成对微小油液磨粒的检测。
6.在本发明的第一方面，本发明提供了一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器包括传感器壳体组件和油液检测组件；所述传感器壳体组件包括第一固定端盖51、第二固定端盖52、第一接头61、第二接头62和外壳1，所述外壳1的内部设置有第一通孔，所述第一接头61和所述第二接头62分别连接于外壳1的第一通孔的两端口内，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52与所述外壳1的两端口固定；所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52分别与所述第一接头61和所述第二接头62嵌合连接；所述油液检测组件位于所述外壳1中心，所述油液检测组件包括感应线圈4、线圈骨架3、多组第一激励线圈71以及第
二激励线圈72；所述线圈骨架3的内侧设置有多个通道，外侧设置有凹槽，所述感应线圈4缠绕在线圈骨架3的外侧凹槽内；多组所述第一激励线圈71和第二激励线圈72分别放置于线圈骨架3的内部通道两侧。
7.进一步的，所述第一接头61和所述第二接头62分别连接于外壳1的第一通孔的两端口内包括所述第一接头61和所述第二接头62均为中空的环状结构，所述第一接头61和所述第二接头62均设置有从圆心方向向外凸起的第一嵌合环，向内凹陷的第一缓冲环，并通过所述第一嵌合环与外壳1的第一通孔的两端口内嵌合连接。
8.进一步的，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52分别与所述第一接头61和所述第二接头62嵌合连接包括第一固定端盖51和第二固定端盖52均为中空的圆环凹槽结构，且中心位置均设置有不同直径的第二通孔和第三通孔，不同直径的两个通孔构成一个从圆心方向向外凹起的圆环凹槽结构，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52的两个圆环凹槽结构的部分凹槽分别固定于外壳1的第一通孔的两端口内，剩余部分凹槽分别与第一接头61和第二接头62的第一嵌合环嵌合连接，其中，第二通孔的直径小于第三通孔的直径。
9.进一步的，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52与所述外壳1的两端口固定包括第一固定端盖51和第二固定端盖52的所述第三通孔设置有内螺纹，所述外壳1的第一通孔的向外设置有凸起的外螺纹，且该外螺纹分别与位于两端的第一固定端盖51和第二固定端盖52的内螺纹连接。
10.进一步的，所述外壳1的侧表面设置有一个从圆心方向向外凸起的第四通孔，所述第四通孔用于放置线接头2，所述线接头2用于第一激励线圈71、第二激励线圈72的驱动以及感应线圈4的信号传输。
11.进一步的，所述感应线圈4缠绕在线圈骨架3的外侧凹槽结构中，线圈骨架3内侧径向设置的多个通道上分别放置不同的第一激励线圈71，以线圈骨架3外侧缠绕的感应线圈4所在位置为中心，对称放置不同的第二激励线圈72。
12.在本发明的第二方面，本发明还提供了一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的检测方法，包括上述的任一基于多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器，包括以下步骤：
13.为油液颗粒检测传感器中线圈骨架3的每个通道内部的第一激励线圈71、第二激励线圈72分别给出不同的激励交流电频率；
14.根据不同的激励交流电频率，油液颗粒检测传感器中的感应线圈4产生对应通道的感应电压数据；
15.获取感应电压数据，分别对每个通道的感应电压进行数据解调，从而检测出金属磨粒通过传感器内部激励交变磁场的磨粒特性。
16.进一步的，每个通道的激励交流电频率为100khz-5mhz，且两两通道之间频率最小间隔为2khz。
17.本发明通过在传感器内部设置多个激励线圈磁场，油液磨粒通过传感器时，根据不同通道的激励线圈磁场的磁通变化量所导致的感应线圈两端电压变化来判断磨粒特性，本发明有以下优点：
18.(1)非铁磁性颗粒在交流电驱动产生的高频磁场下，对磁导率较小颗粒也能够有
效检测。
19.(2)外壳能够有效避免外界电磁干扰，提升了传感器的适用性。结构简洁明了，降低工艺制造难度。
20.(3)对比单一通道，多通道的设计能够形成多种对照样组，提升检测精度，提高检测效率。
附图说明
21.图1为本发明一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的剖视图；
22.图2为本发明一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的分解示意图；
23.图3为本发明实施例中一种基于多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的检测方法流程图；
24.其中，1、外壳，2、线接头，3、线圈骨架，4、感应线圈，51、第一接头，52、第二接头，61、第一固定盖端，62、第二固定盖端，71、第一激励线圈，72、第二激励线圈。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提出一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的爆炸图，如图1～2所示，传感器壳体组件和油液检测组件；所述传感器壳体组件包括第一固定端盖51、第二固定端盖52、第一接头61、第二接头62和外壳1，所述外壳1的内部设置有第一通孔，所述第一接头61和所述第二接头62分别连接于外壳1的第一通孔的两端口内，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52与所述外壳1的两端口固定；所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52分别与所述第一接头61和所述第二接头62嵌合连接；所述油液检测组件位于所述外壳1中心，所述油液检测组件包括感应线圈4、线圈骨架3、多组第一激励线圈71以及第二激励线圈72；所述线圈骨架3的内侧设置有多个通道，外侧设置有凹槽，所述感应线圈4缠绕在线圈骨架3的外侧凹槽内；多组所述第一激励线圈71和第二激励线圈72分别放置于线圈骨架3的内部通道两侧。
27.实施例1
28.本实施例对上述油液颗粒传感器进一步说明。
29.在本发明实施例中，如图2所示，由于所述外壳1的内部设置有第一通孔，因此所述外壳1为圆环结构，为了让外壳1能够起到固定、连接、支撑和保护作用，所以外壳1的内部还径向向外设置有外螺纹，而外螺纹也为圆环结构，外螺纹的圆环结构的内部通孔即为第一通孔。
30.所述外壳1的侧表面设置有一个从圆心方向向外凸起的第四通孔，所述第四通孔用于放置线接头2，所述线接头2用于第一激励线圈71、第二激励线圈72的驱动以及感应线圈4的信号传输。
31.所述感应线圈4缠绕在线圈骨架3的外侧凹槽结构中，线圈骨架3内侧径向设置的
多个通道上分别放置不同的第一激励线圈71，以线圈骨架3外侧缠绕的感应线圈4所在位置为中心，对称放置不同的第二激励线圈72，其中，每一个通道中都包含一个第一激励线圈和一个第二激励线圈；也即是感应线圈4放置在线圈骨架3外侧的凹槽中，不同的第一激励线圈71和不同的第二激励线圈72分别对称放置在感应线圈4两侧，且两相对的第一激励线圈71和第二激励线圈72作为一组激励线圈组，每组激励线圈组中第一激励线圈71和第二激励线圈72之间的距离为感应线圈4的宽度。
32.第一固定端盖51和第二固定端盖52均为中空的圆环凹槽结构，且中心位置均设置有不同直径的第二通孔和第三通孔，不同直径的两个通孔构成一个从圆心方向向外凹起的圆环凹槽结构，所述第一固定端盖51和所述第二固定端盖52的两个圆环凹槽结构的部分凹槽分别固定于外壳1的第一通孔的两端口内，剩余部分凹槽分别与第一接头61和第二接头62的第一嵌合环嵌合连接，其中，第二通孔的直径小于第三通孔的直径。
33.所述第一接头61和所述第二接头62均为中空的环状结构，所述第一接头61和所述第二接头62均设置有从圆心方向向外凸起的第一嵌合环，向内凹陷的第一缓冲环，并通过所述第一嵌合环与外壳1的第一通孔的两端口内嵌合连接。
34.第一固定端盖51和第二固定端盖52的所述第三通孔设置有内螺纹，所述外壳1的第一通孔的向外设置有凸起的外螺纹，且该外螺纹分别与位于两端的第一固定端盖51和第二固定端盖52的内螺纹连接。
35.实施例2
36.本发明提供一种多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器的检测方法，包括实施例1中所述的任一基于多激励交变磁场结构的油液颗粒检测传感器，包括以下步骤：
37.s1、为油液颗粒检测传感器中线圈骨架3的每个通道内部的第一激励线圈71、第二激励线圈72分别给出不同的激励交流电频率；
38.s2、根据不同的激励交流电频率，油液颗粒检测传感器中的感应线圈4产生对应通道的感应电压数据；
39.s3、获取感应电压数据，分别对每个通道的感应电压进行数据解调，从而检测出金属磨粒通过传感器内部激励交变磁场的磨粒特性。
40.可以理解的是，每种油液颗粒材质所对应的感应电压都有对照，根据不同的感应电压类型就可以解调到通过传感器磨粒是什么材质。因此，设置多通道的同时，也能够在一定程度上解决多个磨粒叠加通过的情况。
41.进一步的，每个通道的激励交流电频率为100khz-5mhz，且两两通道之间频率最小间隔为2khz。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两
个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。