张亦军[1]2004年在《反向双激励螺管磨粒传感器设计及其特性研究》文中研究表明为保证机器正常运行，除精心设计外，及时监测设备运行状态，可实现故障预报和预知性维修。而机械设备的运行部件，磨损失效约占80％左右，磨损失效状态监测已有多种技术，例如振动监测、声发射监测、温度监测、油液磨粒监测等。其中油液磨粒监测最有效，因为相当多设备，用振动监测发现故障往往滞后于油液磨粒监测，即油液磨粒监测能提供设备早期故障信息。机械设备的油液磨粒监测有两类：离线与在线监测。离线监测如光谱分析、铁谱分析、扫描电镜等；在线监测有在线磨粒计数器、磨粒分析器等，离线监测会造成故障信息丢失，在线铁谱仪分析时间长且只能分析铁磁性磨粒，而颗粒计数方法并不能真正实现在线监测。要真正实现机械设备中油液磨粒在线监测，只有螺线管式传感器，这种传感器可直接接入设备润滑系统或液压系统中。 本文结合现有几种螺线管式传感器的工作原理，在电磁学理论基础上设计出一种反向双激励型螺线管式传感器(简称FSL传感器)，并运用电磁学理论对其传感特性进行了定性分析。理论分析表明：①FSL传感器可对油液中抗磁质磨粒与铁磁质磨粒进行监测：②两种磨粒输出信号的相位相反；③输出信号的幅值与磁介质大小成比例。运用ANSYS软件对不同物理参数的FSL传感器的输出特性进行了数值模拟。物理参数的变化条件包括1)不同线圈尺寸大小，2)不同窗口面积，3)金属磨粒在传感器中不同位置，4)线圈匝数比不同，5)线圈匝数不同，6)线圈充填系数不同，7)中央传感线圈匝数、充填系数不同，8)颗粒大小不同，9)金属磨粒材质不同，10)激励频率不同，等等。通过结果比较，选出了最佳传感器几何尺寸和线圈参数及激励参数，试制了一台传感器，进行了实验测试，结果表明：FSL传感器可真正实现设备油液磨粒类型、大小、数量等的实时在线监测，并具有结构简单，制造、操作方便的特点。 上述研究设计的传感器若要运用于实践，有待于进一步完善设计。若能运用于实践，对大型机械设备，如航空航天飞机发动机的运行状态监测具有重大的经济效益。
肖春[2]2016年在《双激励螺线管式磨粒传感器优化设计及磨粒检测特性研究》文中认为润滑油检测技术已经成为监测机械设备工作状况的一种行之有效的方法。目前,润滑油检测技术得到了一个快速的发展,离线监测技术具有滞后性等缺点,已经不能够达到监测要求,而在线监测技术能够克服离线监测的缺点且具有反应速度快和实时性好等优点,将在线监测用于机械设备的故障诊断方面有广阔的运用前景。传感器是润滑油在线检测中的一个重要部件。基于此,本文设计了一种双激励螺线管式磨粒传感器用于监测油液中的磨损颗粒,主要开展了以下几点工作:(1)双激励螺线管式磨粒传感器的优化。对双激励螺线管式磨粒传感器的工作原理进行了详细的叙述,建立了传感器的等效电路模型,利用软件对传感器的数学模型进行仿真,得到了传感器的输出电压和传感器结构参数二者之间的关系;利用遗传算法对传感器的结构参数进行优化,得到了传感器的结构参数和输出电压之间的最优解,设计且制作出了传感器。(2)双激励螺线管式磨粒传感器的有限元仿真分析。在电磁场理论的基础上,结合Ansoft Maxwell电磁场有限元仿真软件,对传感器进行磁路耦合分析。详细介绍了Ansoft Maxwell软件对传感器2D模型磁路耦合分析的相关步骤,得到了传感器的四个2D模型。对这四个2D模型结果进行比较分析,并在这个基础上,进行了如下分析:1)在正弦激励下,激励信号的幅值和频率对传感器输出特性的影响;2)在其他条件不变的情况下,铁磨粒位于激励线圈一和激励线圈二以及感应线圈的中间位置时对传感器输出特性的影响;3)在正弦激励下,激励信号的幅值和频率对传感器零点残余电压的影响;(3)双激励螺线管式磨粒传感器主要电路设计。设计了传感器相应的放大与滤波电路,应用Multisim电路软件仿真,仿真结果表明设计的电路能够达到预期的效果。(4)双激励螺线管式磨粒传感器的实验研究。实验主要研究:1)传感器对两种不同性质的磨粒如铁磨粒和铜磨粒输出特性研究;2)传感器静态特性研究;实验结果证明了仿真结果和数学模型的正确性。本文结论可以为双激励螺线管式磨粒传感器设计及输出特性分析提供参考建议。
陈书涵[3]2005年在《双激励螺旋管式磨粒传感器特性研究》文中研究说明磨粒检测对预防装备事故、评估装备寿命消耗、实施计划维修、优化装备设计具有重要作用,同时,磨粒的在线监测为装备的远程诊断提供了技术支撑。国内外目前采用的磨损检测技术大致包括:光谱型、光学型、导电型、微孔阻尼型等,其中大多数为离线检测形式,这使得检测过程人为因素多、容易出现漏检、不能真实反映装备运行状况,几种传统的在线检测技术又各自存在不同的性能缺陷。而现代装备功能的日趋复杂化、运行过程的多种非线性耦合,装备磨损过程也多呈非线性特征,发展在线、全时连续型磨粒监测技术是现代装备状态监测与诊断领域必然趋势与急迫需要。 针对磨粒监测技术现状,以实现磨粒数量与种类连续在线监测为目的,本文对一种新型双激励螺旋管式磨粒传感器进行了研究,主要研究内容如下: 1、用电磁场毕奥-萨伐尔定律等理论,建立了双激励螺旋管式磨粒传感器的传感模型,为该传感器性能分析、参数优化提供了依据; 2、对双激励螺旋管式磨粒传感器的灵敏度、线性性等传感特性进行了分析,探讨了油液流速、流量、初级线圈内部磁场均匀性等因素对传感器传感特性的影响规律; 3、以获得高灵敏度为目标,运用遗传算法对双激励螺旋管式磨粒传感器的结构参数进行了优化; 4、采用系统辨识方法,对该传感器的传递函数进行了辨识,验证了传感器传感数学模型。 双激励螺旋管式传感器作为一种新型、多功能磨粒在线传感器,在建筑(工程机械)、航空(飞机)、航运(船舶)、冶金(轧机)、能源(发电厂的发动机)、运输(车辆)等领域具有广泛的应用前景,本论文的研究为该传感器的完善、应用奠定了理论与技术基础。
高萍[4]2016年在《油液中金属颗粒检测技术研究》文中进行了进一步梳理机械设备在运转过程中,设备的部件会出现磨损,从而产生金属磨粒。油液中较大的金属磨粒会使机械设备存在安全隐患,监测在润滑油中金属磨粒的大小和数量可以掌握设备的运行情况,可以对设备展开针对性的维修,对提高机械设备的安全性有重要的作用。国内外都对油液中金属磨粒监测技术进行了研究,其中传感器的研究制作是油液中金属磨粒监测技术研究非常重要的一个环节。然而目前国内的油液中金属磨粒监测技术仍处于理论研究较多、实证研究较少的状态。并且在国外有Matel SCAN等成熟传感器产品的情况下,国内并没有较为完善的油液中金属磨粒检测传感器产品。本文首先分析了油液中金属颗粒检测技术的国内外研究现状以及发展趋势。然后针对润滑油中金属磨粒检测传感器展开了研究与设计。本文采用双激励螺旋管式传感器的结构,对该结构进行了理论性的分析研究。应用COMSOL Multiphysics软件建立了有限元模型,仿真了金属颗粒通过传感器线圈的过程中传感器线圈的磁场变化,并且对比分析了传感器的性能影响参数。考虑线圈匝数、线圈填充系数和激励线圈的输入电压等因素,应用COMSOL Multiphysics软件建立该传感器的二维轴对称有限元模型。并对有限元模型的建模、材料选择、物理场选择、网格划分、求解器设置以及结果后处理等仿真实验步骤进行了详细的介绍。对不同参数下激励线圈产生的磁场、线圈中穿过金属粒子时磁场的变化以及传感器的性能进行了仿真研究。仿真过程中考虑到金属粒子在传感器径向位置不同时也会影响传感器的检测结果,本文又建立了叁维模型进行仿真实验,得到了径向位置为影响因素时传感器的误差。最终经过仿真得到较为合适的传感器模型,从而确定线圈的匝数、匝数比、窗口结构等重要参数,为在线金属磨粒监测系统的传感器分析了可行性,提供了传感器实物研究制作的理论依据并基本确定了传感器的参数。最后在理论研究和仿真分析研究的基础上,设计了传感器的结构和初步前置放大电路,对输出信号进行初步的处理放大。由于最终选择的激励电源为220V、2500Hz的交流电源,实验室目前未完成该电源的制作,所以本文中研究的金属粒子传感器处于设计阶段,未进行传感器实物实验,仍需继续研究。
赵文军[5]2017年在《油液中铁磁金属颗粒检测仪研究》文中提出润滑油的状态检测是保证机械设备安全稳定运行的重要一环,通过准确地在线分析监测润滑油的状态可以监视机械设备的磨损情况,预测故障的发生,及时展开维护与维修,可以大大减少维修成本,降低损失,提高生产效率。铁及其合金材料是构成机械设备零部件的重要成分,当机械零件发生磨损时,铁磁性磨粒会出现在润滑油路中并随油液流动。所以,检测油液中的铁磁性颗粒即可获得机械设备的磨损程度,达到保障安全稳定生产的目的。本课题的目标在于初步研制一台较为实用的油液中铁磁金属颗粒检测仪,检测仪采用双激励反向电感式传感器的设计原理。论文研究了油液中金属颗粒检测传感器的影响参数,分析了影响传感器检测响应的因素及减小其误差、提高稳定性的方法。通过仿真软件,建立出该传感器的有限元二维轴对称模型,确定能产生较大输出的传感器的基本设计参数,作为检测传感器实物制作的理论依据参考。然后根据仿真模型提供的理论基础,设计制作出金属颗粒检测传感器,并且设计制作了铁磁金属颗粒检测仪的相关电路,通过实验验证传感器的性能。最后设计出基于单片机的数据采集系统用来采集传感器的输出,完成油液中金属颗粒检测仪的初步研究与设计。经初步实验,该金属颗粒检测仪能检测到100μm以上的铁磁金属颗粒。论文的主要创新点:(1)在COMSOL仿真实验中建立了与传统“内夹式”基本模型不同的“外套式”新模型,并且对新模型进行了对比研究,得出了优于基本模型的仿真实验结果,取得了传感器模型研究方面的创新,并依照仿真结果对基本模型和新模型进行了实物实验验证。(2)设计了2400~3000Hz频率可调的交流电源,作为传感器的专用激励电源。(3)对传统单位增益滤波器设计进行了改进,实现了带有增益的带通滤波器设计,简化电路结构的同时取得了较好的滤波与放大效果。(4)针对课题设计了数据采集系统,将传感器与单片机数据采集系统结合起来,脱离测量仪(如示波器、电感参数测量仪、光学仪器)的辅助,基本形成一套完整的仪器。
靳晨聪[6]2015年在《油液中磨粒在线监测系统的设计和研究》文中研究指明本论文设计完成了一套润滑油磨粒在线监测系统。系统利用电磁感应的原理,实时监测润滑油液中铁磁性磨粒的尺寸和浓度信息,预测设备的运行趋势,实现故障预警。传感器对于大于7 5 u m的铁磁性磨粒具有良好的检测效果。系统设计主要包括硬件部分和软件部分:硬件部分包括高频激励源电路、模拟调理电路和数字处理电路。激励源部分通过设计、搭建硬件电路实现用于初级线圈工作的高频交流信号的稳定输出。模拟电路部分包括前置放大电路、带通滤波电路、真有效值转换电路和调零放大电路,通过模拟调理电路,使模拟信号输出范围在0-3 V内,以获取高信噪比的数字信号。数字电路部分的微控制器为S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6,包括采样频率选择、实时存储等功能模块。最后绘制、加工了P C B板,并完成了整个监测系统硬件平台的搭建。软件部分设计、实现了模拟信号的采集和预处理,数字信号处理、液晶屏显示以及储存等功能。数字信号处理主要是针对润滑油液中磨粒信号的局部加权回归散点平滑算法(L O W E S S)的设计实现和极值转换两个部分的内容。通过L O W E S S算法抑制、消除了信号中的噪声,提高了检测的性能;通过极值转换得到了信号的峰峰值,获取了反映磨粒尺寸和浓度的信息,以便基于油液中磨粒的分布预测设备的运行状态。论文最后通过两组对比试验,对研制的在线监测系统的性能进行了验证,实际润滑油液磨粒监测实验证明系统的监测精度可满足风电齿轮箱润滑油中磨粒检测的工程要求。
参考文献：
[1]. 反向双激励螺管磨粒传感器设计及其特性研究[D]. 张亦军. 中南大学. 2004
[2]. 双激励螺线管式磨粒传感器优化设计及磨粒检测特性研究[D]. 肖春. 长沙理工大学. 2016
[3]. 双激励螺旋管式磨粒传感器特性研究[D]. 陈书涵. 中南大学. 2005
[4]. 油液中金属颗粒检测技术研究[D]. 高萍. 济南大学. 2016
[5]. 油液中铁磁金属颗粒检测仪研究[D]. 赵文军. 济南大学. 2017
[6]. 油液中磨粒在线监测系统的设计和研究[D]. 靳晨聪. 燕山大学. 2015