[发明专利]一种基于径向磁场的双边对称结构在线磨粒监测方法及监测传感器

说明书

技术领域

本发明属于液压系统状态监测、故障诊断及寿命预测技术领域，具体涉及一种基于径向磁场的在线磨粒监测传感器及其监测方法。

背景技术

研究表明，磨损会大大影响液压设备的工作可靠性和使用寿命。磨损会造成巨大的经济损失，约80％的机械故障与磨损有着直接关系，其中磨料磨损是主要原因。在矿山、煤炭、建筑以及运输机械中，磨损均会带来巨大的经济损失。经过大量的实际调研发现，设备磨损的主要原因是由油液中的固体颗粒污染物造成的。如果对使用油液的设备进行油液状态的实时的检测、记录和数据处理，并由此判断机械设备的运行状况，进行健康预测，就能够根据检测结果制定合适的管理和维护策略。

液压油在液压系统中起着传递能量、系统防滑、防磨、防锈、冷却等功能，因而分析液压油中的污染物质可以得到诸多关于设备运行状况的信息。分析油液中杂质的成分，需要对机械设备的磨损类型、规律以及影响因素有一定的了解。

根据机械部件的不同，机械磨损的诱导因素各有差异。磨损主要分为粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损以及腐蚀磨损这几种类型，其中磨料磨损是污染油液、造成机械故障的主要原因。在一般情况下，机械零件的磨损又分为三个阶段。

(1)磨合阶段，该阶段是因为零件刚刚加工完成时，零件表面不平整。在凸块位置会产生较高的接触应力，磨损速度较快。随着机械的不断运转磨合，凸块的部分被不断磨平。摩擦表面的接触面积逐渐增加，从而使磨损速度减缓。

(2)稳定磨损阶段，磨损速度减缓而且趋于稳定，磨损量随时间增加而增加，间隙逐渐增大。

(3)急速磨损阶段，由于温度急剧增加，金属组织发生变化等因素的影响，产生的间隙过大，润滑油膜易破坏。此时磨损速度迅速增加，导致精度降低，机械效率降低，出现异常的震动和噪声，最终可能会导致意外。不同磨损期产生的磨粒具有不同的特征，为了避免急速磨损阶段的产生，检测油液中杂质颗粒的浓度、尺寸、形状、成分等指标对故障的早期预警显得尤为重要。

目前用于油液检测的传感器种类有很多种，在各类传感器当中，电磁感应式传感器是当前研究的焦点。这种传感器测量范围广，抗干扰能力强，结构简单，提高精度的手段多样等特点。

如图1所示，该传感器为传统的螺线管结构的电磁感应式传感器。线圈直接绕在油管上，线圈中通电流时，将在油管轴向感应出磁场。当油管中有磨粒通过时，将引起磁通量的变化，通过检测该变化可以一定程度上得到磨粒信息。线圈直接缠绕在油管上，必须固定安装，对使用造成了不便，另外线圈产生的磁场是与油管平行的，这就导致整个磁路中有很大一部分是由空气构成的，使得总磁通受到了很大的损失，故而影响了检测灵敏度。所以我们将采用一种新的传感器结构以解决磁路损失的问题。

发明内容

本发明针对电磁感应式传感器进行改造以及验证，提出一种基于径向磁场的双边对称结构线磨粒监测方法及监测传感器，通过监测油液内磨粒的相关信息，有效地推测液压系统的运行状态、进行故障诊断以及预测寿命，同时保证传感器的高精度和高可靠性。

本发明一种基于径向磁场的双边对称结构的在线磨粒监测方法，通过下述方式实现：

首先，在油液设备的油管两侧对称位置施加相互对称且旋转方向相反的磁场，形成双边对称的磁场回路，作为激励源。

然后，使两磁场在油管处叠加，并沿径向作用于油管。

接着，设置检测线圈，使得在油管中有磨粒通过磁场回路时，导致磁场回路的磁通量变化，磁通量的变化使检测线圈中电压的变化，进而由检测线圈实时输出自身的感应电压信号。

最后，将检测线圈输出的电压信号经过放大电路放大，同时进行抑制共模信号，放大差模信号的处理，再经过后续分析处理，得到磨粒信息。

同时针对上述基于径向磁场的双边对称结构在线磨粒监测方法还提出一种监测传感器，安装于油液的设备的油管上，包括永磁铁、铁质导磁臂、检测线圈和放大电路。

其中，永磁铁与铁质导磁臂均为两个；两个永磁铁对称设置，S级之间与N级之间分别通过一个铁质导磁臂相连；由此两个永磁铁与铁质导磁臂构成环状结构，套接在油液设备的油管上，使油管的轴线位于环形结构的中心处；两个永磁铁作为激励源产生两个旋转方向相反的磁场，形成双边对称的磁场回路，并在油管处叠加，径向加载在油管上。

所述检测线圈设置于一个铁质导磁臂的中部；放大电路用来将检测线圈检测到的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输入到外置的信号采集设备中，通过信号采集设备进行分析处理得到磨粒信息。

本发明的优点在于：