一种串联谐振式油液金属颗粒测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油液监测技术领域，具体为一种串联谐振式油液金属颗粒测量装置及 其测量方法。
【背景技术】
[0002] 液压系统以其体积小、重量轻、可实现无级变速和过载保护、反应灵敏、便于遥控、 寿命长等优点被应用于民用和军用工业，尤其是在船舶机械、矿山机械、以及航空工业中液 压系统的应用十分广泛。液压油是液压系统的关键工质，它能够传递能量、减小摩擦副之间 的磨损失效、降低液压系统温升、以及延长机械设备的使用寿命。因此液压油污染是造成液 压系统故障的主要原因，统计数据表明，75%以上的液压系统故障是由于液压油中固体颗 粒污染物所致。
[0003] 现有技术中的液压系统和润滑系统等机械设备的油液检测方式存在如下问题：检 测周期长、检测设备复杂且昂贵、各检测方法由于受到诸多因素的影响而导致检测准确度 不高、无法实现在线检测等；申请人发现：在机械设备正常工作状况下，液压油中的磨损污 染物具有恒定的浓度以及较小的粒径尺寸，金属磨粒的粒径通常为1~20 μπι，当发生异 常磨损时，金属磨粒的粒径将变得高达50~100 μ m，这些金属磨粒基本上是由于液压元件 摩擦副之间的磨损产生的，它们含有大量的摩擦学信息，例如金属磨粒的性质、形状和大小 等，从这些摩擦学信息中，我们可以判断出机械设备的磨损部位和磨损程度等重要信息，因 此，准确有效地检测出液压油液中金属颗粒的数量、尺寸大小和浓度，对液压系统和润滑系 统机械设备的故障诊断和故障预测具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明针对以上问题的提出，而研制一种串联谐振式油液金属颗粒测量装置及其 测量方法。
[0005] 本发明的技术手段如下：
[0006] -种串联谐振式油液金属颗粒测量装置，包括：
[0007] 供待测油液流过的腔体；
[0008] 在所述腔体内壁上呈环绕分布的电感线圈；
[0009] 分别与所述电感线圈两引线端相连接的电阻和电容；所述电感线圈、电阻和电容 构成RLC串联谐振电路；
[0010] 激励信号源；所述激励信号源能够产生不同频率的交流电压信号，该交流电压信 号作为激励信号施加在所述RLC串联谐振电路两端；通过改变所述激励信号源输出的交流 电压信号的频率能够使所述RLC串联谐振电路达到谐振状态；
[0011] 以及与所述电感线圈和电容构成的串联支路相连接，用于获取所述串联支路两端 电信号的采集模块；
[0012] 进一步地，在RLC串联谐振电路工作在谐振状态后，待测油液流过腔体，若流过腔 体的待测油液中含有金属颗粒，当所述金属颗粒经过所述电感线圈时，所述串联支路两端 产生脉冲信号；
[0013] 进一步地，根据所述采集模块获取的电信号确定脉冲信号为正向或负向，进而获 得待测油液中与该脉冲信号相对应的金属颗粒为铁磁性金属颗粒或非铁磁性金属颗粒；根 据所述采集模块获取的电信号统计脉冲数量，进而获知待测油液中金属颗粒的数量；
[0014] 进一步地，根据所述采集模块获取的电信号得出脉冲幅值，进而获知待测油液中 金属颗粒的粒径状态；
[0015] 进一步地，根据所述采集模块获取的电信号得出脉冲基线电压值，进而获知待测 油液中金属颗粒的浓度状态；
[0016] 进一步地，所述测量装置还包括与所述采集模块相连接，用于接收所述采集模块 传输过来的电信号的处理模块；
[0017] 进一步地，所述处理模块用于根据所述采集模块传输过来的电信号进行脉冲信号 为正向或负向的确定、脉冲数量统计、脉冲幅值获取和/或脉冲基线电压值获取；
[0018] 进一步地，所述处理模块根据脉冲信号为正向或负向的确定、脉冲数量统计、脉冲 幅值获取和/或脉冲基线电压值获取的结果得出待测油液中金属颗粒的属性、数量、粒径 状态和/或浓度状态；
[0019] 进一步地，所述处理模块将统计出的脉冲数量与预设数量阈值进行比较、将获取 的脉冲幅值与预设幅值阈值进行比较、和/或将获取的脉冲基线电压值与预设基线电压阈 值进行比较，并当统计出的脉冲数量大于预设数量阈值、获取的脉冲幅值大于预设幅值阈 值、和/或将获取的脉冲基线电压值大于预设基线电压阈值时，得出待测油液所在的系统 发生故障。
[0020] 一种串联谐振式油液金属颗粒测量方法，包括如下步骤：
[0021] 步骤1 :配置测量单元；所述测量单元包括供待测油液流过的腔体、在所述腔体内 壁上呈环绕分布的电感线圈、以及分别与所述电感线圈两引线端相连接的电阻和电容；所 述电感线圈、电阻和电容构成RLC串联谐振电路；
[0022] 步骤2 :在所述RLC串联谐振电路两端施加交流电压信号作为激励信号，调整交流 电压信号的频率使所述RLC串联谐振电路达到谐振状态；
[0023] 步骤3 :待测油液流过腔体，采集所述电感线圈和电容构成的串联支路两端电信 号；
[0024] 步骤4 :根据采集的所述电信号确定脉冲信号为正向或负向、统计脉冲数量、得出 脉冲幅值、和/或得出脉冲基线电压值；
[0025] 步骤5 :获知待测油液中金属颗粒的属性、数量、粒径状态和/或浓度状态。
[0026] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种串联谐振式油液金属颗粒测量装置 及其测量方法，与现有技术中的液压系统和润滑系统等机械设备的油液检测方式相比具有 如下优点：本发明能够实时在线监测液压系统、润滑系统等机械设备中油液金属颗粒污染 程度，实现了待测油液中金属颗粒数量，粒径大小及浓度状态的准确测量，对液压系统和润 滑系统等系统中机械设备的故障诊断和故障预测具有重要意义。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明所述测量装置的结构示意图；
[0028] 图2是本发明所述测量装置的结构框图；
[0029] 图3是本发明电感线圈的螺线管层数为2层时的截面示意图；
[0030] 图4是本发明所述测量方法的流程图。
[0031] 图中：1、腔体，2、电感线圈，3、金属颗粒，4、电阻，5、电容，6、激励信号源，7、采集模 块，8、处理模块。
【具体实施方式】
[0032] 如图1、图2和图3所示的一种串联谐振式油液金属颗粒测量装置，包括：供待测 油液流过的腔体1 ;在所述腔体1内壁上呈环绕分布的电感线圈2 ;分别与所述电感线圈2 两引线端相连接的电阻4和电容5 ;所述电感线圈2、电阻4和电容5构成RLC串联谐振电 路；激励信号源6 ;所述激励信号源6能够产生不同频率的交流电压信号，该交流电压信号 作为激励信号施加在所述RLC串联谐振电路两端；通过改变所述激励信号源6输出的交流 电压信号的频率能够使所述RLC串联谐振电路达到谐振状态；以及与所述电感线圈2和电 容5构成的串联支路相连接，用于获取所述串联支路两端电信号的采集模块7 ;进一步地， 在RLC串联谐振电路工作在谐振状态后，待测油液流过腔体1，若流过腔体1的待测油液中 含有金属颗粒3,当所述金属颗粒3经过所述电感线圈2时，所述串联支路两端产生脉冲信 号；进一步地，根据所述采集模块7获取的电信号确定脉冲信号为正向或负向，进而获得待 测油液中与该脉冲信号相对应的金属颗粒3为铁磁性金属颗粒或非铁磁性金属颗粒；根据 所述采集模块7获取的电信号统计脉冲数量，进而获知待测油液中金属颗粒3的数量；进 一步地，根据所述采集模块7获取的电信号得出脉冲幅值，进而获知待测油液中金属颗粒3 的粒径状态；进一步地，根据所述采集模块7获取的电信号得出脉冲基线电压值，进而获知 待测油液中金属颗粒3的浓度状态；进一步地，所述测量装置还包括与所述采集模块7相连 接，用于接收所述采集模块7传输过来的电信号的处理模块8 ;进一步地，所述处理模块8 用于根据所述采集模块7传输过来的电信号进行脉冲信号为正向或负向的确定、脉冲数量 统计、脉冲幅值获取和/或脉冲基线电压值获取；进一步地，所述处理模块8根据脉冲信号 为正向或负向的确定、脉冲数量统计、脉冲幅值获取和/或脉冲基线电压值获取的结果得 出待测油液中金属颗粒3的属性、数量、粒径状态和/或浓度状态；进一步地，所述处理模块 8将统计出的脉冲数量与预设数量阈值进行比较、将获取的脉冲幅值与预设幅值阈值进行 比较、和/或将获取的脉冲基线电压值与预设基线电压阈值进行比较，并当统计出的脉冲 数量大于预设数量阈值、获取的脉冲幅值大于预设幅值阈值、和/或将获取的脉冲基线电 压值大于预设基线电压阈值时，得出待测油液所在的系统发生故障。
[0033] 如图1和图4所示的一种串联谐振式油液金属颗粒测量方法，包括如下步骤：
[0034] 步骤1 :配置测量单元；所述测量单元包括供待测油液流过的腔体1、在所述腔体1 内壁上呈环绕分布的电感线圈2、以及分别与所述电感线圈2两引线端相连接的电阻4和电 容5 ;所述电感线圈2、电阻4和电容5构成RLC串联谐振电路；
[0035] 步骤2 :在所述RLC串联谐振电路两端施加交流电压信号作为激励信号，调整交流 电压信号的频率使所述RLC串联谐振电路达到谐振状态；
[0036] 步骤3 :待测油液流过腔体1，采集所述电感线圈2和电容5构成的串联支路两端 电信号；
[0037] 步骤4 :根据采集的所述电信号确定脉冲信号为正向或负向、统计脉冲数量、得出 脉冲幅值、和/或得出脉冲基线电压值；
[0038] 步骤5 :获知待测油液中金属颗粒3的属性、数量、粒径状态和/或浓度状态。
[0039] 本发明所述激励信号源6产生的交流电压信号的频率是可变的，在腔体1未流经 油液时，激励信号源6根据当时的RLC串联