[发明专利]输出振动信号的油液磨粒监测传感器及油液在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及属于机器状态监测与故障诊断领域，具体为一种输出振动信号的油液磨粒监测传感器及油液在线监测系统。

背景技术

随着机械设备技术的不断发展，其内部的构造也更加复杂。相应地，机械设备运行状态监测的手段也在不断地提高，以持续维护机械设备正常运行。最常用的机械运行状态监测信号是位移、速度与加速度三类振动信号。这类振动信号能实时、精确地表征设备动态特征，从中可提取早期微弱故障信号并且进行故障定位。

为了更有效地预测早期故障，还广泛地应用润滑油液监测技术，其中包括磨损磨粒、油液品质、介电常数等的监测。国内外许多研究机构自20世纪末就已深入开展油液磨粒监测技术的研究，并开发了一系列相应的传感器及其对应的分析方法。但这类传感器大多只能实现单一的油液磨粒监测，当所安装的机械设备处于振动状态时，机械振动导致油液磨粒监测传感器输出信号中夹杂大量噪声，使得后续分析难以进行。

为此，目前开发了一种油液磨粒传感器，既能有效监测机械振动，又能对油液磨粒进行监测。这类传感器产生的输出信号经过后续处理电路，并进行模数(AD)转换，所得数据经数据采集卡(DAQ卡，data-acquisition卡)采集，送入计算机进行分析，得到振动信号和油液内磨粒相关参数。此类传感器同时得到振动信号和油液磨粒信息，据此可从两方面提取机械设备故障信号，及时更准确地判断机械故障。但是现有的此类在线油液磨粒传感器必须采用DAQ卡采集数据，还要用传统计算机进行分析，现有的微处理器无法胜任此类传感器信号的采集处理和分析。所以此类传感器难以在移动的机械设备(如汽车发动机)配置、实现在线监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输出振动信号的油液磨粒监测传感器，其包括2个平面线圈和处于它们之间的感应线圈，安装在移动的振动机械设备上，感应线圈输出的模拟电压信号既包含机械设备的振动故障信号，又包括油液磨粒通过感应线圈引起的脉冲信号。

本发明的另一个目的在于设计一种油液在线监测系统，上述输出振动信号的油液磨粒监测传感器安装于机械设备的润滑油路中，传感器的感应线圈的输出连接麦克斯韦-维恩桥，麦克斯韦-维恩桥的一路输出接入油液磨粒信号采集电路，麦克斯韦-维恩桥的另一路输出连接振动信号采集电路，油液磨粒信号采集电路和振动信号采集电路的输出均经模数转换电路接入微控制器。微控制器据2个信号综合判断机械设备故障状态，并于显示屏显示该台机械设备当前故障状态信息。

本发明提供的一种输出振动信号的油液磨粒监测传感器包括感应线圈，其为绕制于筒形空心骨架上的螺线圈，其特征在于感应线圈处于相互平行的2个平面线圈之间，2个平面线圈相同，均为顺时针绕制单层布线的平面螺旋式线圈，且上平面线圈在下平面线圈上的投影与之下平面线圈重叠；2个平面线圈与相同的恒流源激励电源连接。感应线圈的中轴线与平面线圈平行，感应线圈与平面线圈之间有间隙。感应线圈的长度小于平面线圈的外径。

感应线圈的中轴线与二平面线圈中心的连线相交于二者的中点。

所述两个平面线圈的间距为15～20mm。平面线圈内径为2～5mm，线径为0.2～0.4mm，线距为0.2～0.4mm，共12～20匝。

所述感应线圈的空心骨架内径为5～10mm，线径为0.1～0.3mm，感应线圈匝数为120～180匝，分2～4层，各层匝数相同。

所述平面线圈连接的为输出电流为0.5～2A的恒流源激励电源。

本油液磨粒监测传感器安装在机械设备的润滑油路上，当油液从感应线圈的空心骨架通过时，若油液中有铁磁性金属磨粒，导致感应线圈磁阻下降；而油液含有非铁磁性金属磨粒，感应线圈磁阻变大。即油液中的金属磨粒使感应线圈电感发生变化，输出电压也随之发生变化。感应线圈连接相配合的油液磨粒信号采集电路时，铁磁性金属磨粒会使油液磨粒信号采集电路产生尖脉冲信号，幅值为正；脉冲幅值的大小，反映金属磨粒尺寸的大小。而非铁磁性金属磨粒则使信号采集电路产生幅值为负的尖脉冲信号。

感应线圈处在2个平面线圈激发的磁场中。由法拉第电磁感应定律及楞次定律可推断，感应线圈随着所处磁场的磁场强度变化而产生变化的电压。因设备振动，2个平面线圈随之振动、其磁场的空间位置也随之发生变化，故感应线圈处于变化的磁场中，其输出电压包含机械设备振动特征的信号。

因此本输出振动信号的油液磨粒监测传感器的输出信号经过振动信号采集电路处理后得到所在机械设备的振动信息。