專利名稱：一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測流動(dòng)油液金屬顆粒的傳感器，尤其是涉及一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器。
背景技術(shù)：
機(jī)器設(shè)備良好潤滑狀態(tài)可降低機(jī)械磨損，有效地延長設(shè)備使用壽命，減少停機(jī)損失。但由于在實(shí)際運(yùn)行過程中的不確定性和多種因素的影響，再完善的機(jī)械設(shè)計(jì)一般也難以保證設(shè)備一直處于良好的潤滑和磨損狀態(tài)，故在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中對(duì)潤滑和磨損狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測是十分必要的。特別是針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作狀態(tài)非常惡劣，運(yùn)行負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和油溫等條件非常苛刻，所以很可能在未發(fā)覺的情況下發(fā)生磨損，甚至可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。而油液監(jiān)測的目的就是利用油品分析技術(shù)對(duì)機(jī)器設(shè)備正在使用的潤滑油進(jìn)行綜合分析，可以獲得設(shè)備潤滑與磨損狀況的信息，并據(jù)此預(yù)測設(shè)備磨損過程的發(fā)展，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或預(yù)防故障的發(fā)生。早期的油液磨粒分析技術(shù)都是離線式檢測，主要有鐵譜分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)、 顆粒計(jì)數(shù)器等，此類離線式檢測方式需要對(duì)油液進(jìn)行采樣，具有分析周期長，測定結(jié)果的返回具有時(shí)間滯后性等缺點(diǎn)已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)需求。近年來，金屬磨粒磁塞在線檢查法在航空、船舶中得到廣泛的應(yīng)用，但此方法采用磨粒在線收集、離線檢測的形式，仍然沒有擺脫離線分析的方式，且分析結(jié)果比較粗略。因此，研究和開發(fā)油液磨粒在線監(jiān)測的監(jiān)測技術(shù)是國內(nèi)外密切關(guān)注的熱點(diǎn)。在目前油液磨粒在線監(jiān)測技術(shù)中，具有代表性的是加拿大GAST0PS公司生產(chǎn)的 MetalSCAN金屬磨粒傳感器，該傳感器最初是針對(duì)F-22戰(zhàn)機(jī)所用的F-119航空發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)，目前還應(yīng)用于F-35戰(zhàn)機(jī)、歐洲聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)(EJ200)、AH-64阿帕奇直升機(jī)、S61海王直升機(jī)、Pilates PC-12系列飛機(jī)、大型軍艦和風(fēng)力發(fā)電等多種軍用或民用產(chǎn)品中，取得良好的監(jiān)測效果。近年來，國內(nèi)也曾嘗試引進(jìn)MetalSCAN油液磨粒傳感器用于滾動(dòng)軸承和齒輪狀態(tài)監(jiān)測，但由于MetalSCAN在西方國家主要用于軍事用途而受到種種限制，至今我國未能獲得軍品級(jí)的相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)。MetalSCAN金屬顆粒傳感器原理如圖1所示，MetalSCAN油液磨粒在線監(jiān)測傳感器包括一個(gè)容許油液通過的通管，在通管外沿軸向設(shè)置有三個(gè)與通管同心的線圈，兩端的兩個(gè)線圈繞向相反并相互串接，由交流電驅(qū)動(dòng)，使兩者的磁場相反，能夠抵消。當(dāng)具有金屬顆粒的油液流過通管時(shí)，設(shè)置在中間位置的第三個(gè)感應(yīng)線圈測量金屬顆粒對(duì)磁場擾動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)，將輸出的感應(yīng)信號(hào)交信號(hào)處理單元處理，通過程序設(shè)置使輸出電壓信號(hào)的振幅與鐵磁顆粒大小成比例，而與非鐵磁顆粒表面積成比例，非鐵磁信號(hào)的相位與鐵磁顆粒的相位相反。由此，按照干擾信號(hào)的幅度及類型，信號(hào)處理單元可以確定金屬顆粒的種類、 大小和質(zhì)量。MetalSCAN傳感器利用了電磁感應(yīng)原理，設(shè)計(jì)巧妙，但由于線圈感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度與金屬磨粒大小成正比關(guān)系，當(dāng)直徑較小的磨粒(< 300 μ m)經(jīng)過線圈時(shí)，感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度非常微弱，對(duì)于信號(hào)的正確提取非常不利，嚴(yán)重的限制了的傳感器的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種當(dāng)含有直徑較小磨粒的油液經(jīng)過時(shí)能夠正確提取感應(yīng)信號(hào)的高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，包括第一輸入磁場線圈、第二輸入磁場線圈、輸出感應(yīng)磁場線圈、交流電場驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)處理模塊，所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈繞向相反并相互串接，所述的交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端分別與所述的第一輸入磁場線圈的輸入端和所述的第二輸入磁場線圈的輸入端連接，通過交變電場信號(hào)驅(qū)動(dòng)使所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈產(chǎn)生的磁場相反，所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端與所述的信號(hào)處理模塊連接，所述的交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端之間設(shè)置有輸入電容，所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端之間設(shè)置有感應(yīng)電容。所述的輸入電容滿足以下條件Jd =，式中fd為輸入的交變電場信號(hào)頻
率，Cd為輸入電容，Ld為所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈反向串聯(lián)后總的電感Ld = LJL2IM,其中，L1為所述的第一輸入磁場線圈的電感，L2為所述的第二輸
f 1
入磁場線圈的電感，M為兩者之間的互感，所述的感應(yīng)電容滿足以下條件Λ = 2n^jLsC ’
式中仁為輸出感應(yīng)磁場線圈的輸出頻率，且fs = fd，Cs為感應(yīng)電容，Ls為所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的電感。所述的輸入電容和所述的感應(yīng)電容均為高精度電容。所述的輸入電容和所述的感應(yīng)電容均為工作溫度在200°C以上、最大電流IA以上的高精度電容。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在普通的油液磨粒傳感器中增加了輸入電容與感應(yīng)電容，因此分別在傳感器輸入磁場線圈端與輸出感應(yīng)磁場線圈端形成了兩個(gè)LC并聯(lián)電路，當(dāng)電路的頻率和實(shí)際電感線圈的參數(shù)R、L 一定時(shí)，改變電容總能使電路達(dá)到諧振。 并聯(lián)諧振電路具有輸入導(dǎo)納最小，即輸入阻抗最大的特性。因此在輸入磁場線圈端，調(diào)節(jié)輸入電容值使輸入處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，此時(shí)僅需毫安級(jí)的交變電場輸入電流即可得到安培級(jí)的諧振電流，極大的降低了對(duì)輸入電源的要求，同時(shí)可令第一輸入磁場線圈與第二輸入磁場線圈產(chǎn)生最大的磁場，從而提高檢測信號(hào)的靈敏度。同理，從輸出感應(yīng)磁場線圈輸出端看，感應(yīng)電容與輸出感應(yīng)磁場線圈構(gòu)成信號(hào)輸出端的并聯(lián)諧振電路，當(dāng)輸入頻率與輸出感應(yīng)磁場線圈電感確定時(shí)，調(diào)節(jié)電容值可以使輸出處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，此時(shí)，在輸出端激勵(lì)電流一定時(shí)，所產(chǎn)生的電壓具有最大的有效值，直接提高了感應(yīng)信號(hào)輸出強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高檢測信號(hào)的靈敏度。而輸入電容和感應(yīng)電容選用工作溫度在200°C以上、最大電流IA以上的高精度、高耐壓、大封裝電容，可以滿足傳感器應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)等惡劣環(huán)境的要求。本發(fā)明可應(yīng)用于各種軍用和民用領(lǐng)域，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障預(yù)警領(lǐng)域，打破了國外在油液磨粒在線監(jiān)測技術(shù)上對(duì)我國的長期限制和封鎖，對(duì)于避免戰(zhàn)機(jī)重大事故、研制新型戰(zhàn)機(jī)、提升國防科技力量均有重要意義。


圖1為國外現(xiàn)有技術(shù)的MetalSCAN油液磨粒在線監(jiān)測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明高靈敏度油液磨粒在線監(jiān)測傳感器的原理圖；圖3為本發(fā)明高靈敏度油液磨粒在線監(jiān)測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖2和圖3所示，一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，包括第一輸入磁場線圈Li、第二輸入磁場線圈L2、輸出感應(yīng)磁場線圈Ls、交流電場驅(qū)動(dòng)模塊1和信號(hào)處理模塊 2，第一輸入磁場線圈Ll和第二輸入磁場線圈L2繞向相反并相互串接，交流電場驅(qū)動(dòng)模塊 1的兩個(gè)輸出端分別與第一輸入磁場線圈Ll的輸入端和第二輸入磁場線圈L2的輸入端連接，通過交變電場信號(hào)驅(qū)動(dòng)使第一輸入磁場線圈Ll和第二輸入磁場線圈L2產(chǎn)生的磁場相反，輸出感應(yīng)磁場線圈Ls的兩端與信號(hào)處理模塊2連接，交流電場驅(qū)動(dòng)模塊1的兩個(gè)輸出端之間設(shè)置有輸入電容Cd，輸出感應(yīng)磁場線圈Ls的兩端之間設(shè)置有感應(yīng)電容Cs。輸入電容Cd和感應(yīng)電Cs均為多層陶瓷片式高精度、大封裝(1206)電容，多層陶瓷片式高精度電容的工作溫度在200°C以上，最大電流IA以上，全溫度范圍內(nèi)溫漂< 士30ppm/°C。輸入電容Cd滿足以下條件
權(quán)利要求
1.一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，包括第一輸入磁場線圈、第二輸入磁場線圈、輸出感應(yīng)磁場線圈、交流電場驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)處理模塊，所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈繞向相反并相互串接，所述的交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端分別與所述的第一輸入磁場線圈的輸入端和所述的第二輸入磁場線圈的輸入端連接，通過交變電場信號(hào)驅(qū)動(dòng)使所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈產(chǎn)生的磁場相反， 所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端與所述的信號(hào)處理模塊連接，其特征在于所述的交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端之間設(shè)置有輸入電容，所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端之間設(shè)置有感應(yīng)電容。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的輸入電容滿足以下條件Ja = 27IJLdcd，式中&為輸入的交變電場信號(hào)頻率，Q為輸入電容，Ld為所述的第一輸入磁場線圈和所述的第二輸入磁場線圈反向串聯(lián)后總的電感Ld = !^+L2IM,其中，L1為所述的第一輸入磁場線圈的電感，L2為所述的第二輸入磁場線圈的電, 1感，M為兩者之間的互感，所述的感應(yīng)電容滿足以下條件Λ = 27t^c~ ,式中fs為輸出感應(yīng)磁場線圈的輸出頻率，且fs = fd，Cs為感應(yīng)電容，Ls為所述的輸出感應(yīng)磁場線圈的電感。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的輸入電容和所述的感應(yīng)電容均為高精度、大封裝電容。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的輸入電容和所述的感應(yīng)電容均為工作溫度在200°C以上、最大電流IA以上的高精度電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高靈敏度的油液磨粒在線監(jiān)測傳感器，包括繞向相反并相互串接第一輸入磁場線圈和第二輸入磁場線圈及輸出感應(yīng)磁場線圈、交流電場驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)處理模塊，交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端分別與第一輸入磁場線圈的輸入端和第二輸入磁場線圈的輸入端連接，通過交變電場信號(hào)驅(qū)動(dòng)使第一輸入磁場線圈和第二輸入磁場線圈產(chǎn)生的磁場相反，輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端與信號(hào)處理模塊連接，特點(diǎn)是交流電場驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)輸出端之間設(shè)置有輸入電容，輸出感應(yīng)磁場線圈的兩端之間設(shè)置有感應(yīng)電容，優(yōu)點(diǎn)在于形成了兩個(gè)LC并聯(lián)電路，可以通過改變電容使電路達(dá)到諧振，使激勵(lì)電場輸出電壓具有最大的有效值，從而提高檢測信號(hào)的靈敏度。
文檔編號(hào)G01N15/00GK102331389SQ201010582409
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者蔣偉平 申請(qǐng)人:蔣偉平