专利名称：一种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在线油液监测领域，特别涉及一种连续測量磨损颗粒数量、尺寸分布、颗粒产生速率的在线油液颗粒传感器。
背景技术：
磨损是反映摩擦学系统运行状态的重要指标，在很大程度上决定了机器的健康状态和服役性能，为此，已经成为机器设备健康状态监测的重要内容。加拿大国家研究委员会(National Research Council)研究表明由颗粒诱导的磨损占磨损故障的82%，包括有疲劳、磨料和腐蚀等三类，而非颗粒诱导的磨损有粘着、微 动及其它磨损，但仅占18%。由此可知,颗粒不仅是磨损的主要原因，也是反映设备磨损状态的ー项重要指标。因而，在线连续监测油液中磨粒数量、尺寸分布、几何形态成为ー种监测摩擦学系统磨损状态最行之有效的方法，并以此实现机器健康状态的诊断和服役性能分析。目前广泛应用的在线油液颗粒传感器主要有两类一类是以美国太平洋科学仪器公司的HIAC PM4000系列产品为代表的油液在线颗粒计数器，用于实时监测各种液压和润滑系统的颗粒度，可测量的磨粒粒径最小可达4 μ m，但其测量结果输出形式为磨粒一定尺寸区间的磨粒个数，其磨粒尺寸区间划分受仪器本身的精度和通道数的限制，典型通道数为四，因此此类传感器的缺点在于不能输出油液中磨粒的精确尺寸分布。另ー类是以加拿大GasTOP公司的MetalSACN为代表的在线油液颗粒传感器。其结构简单可靠，目前已广泛用于输油管路、航海船舶业，发电エ业及相关エ业领域，已被证明是有效而可靠的检测工具。但其测量范围仅限于大磨粒，可测量的最小金属磨粒为100 μ m，最小非金属磨粒为405μπι ;并且，其測量精度受到磨粒连续性的影响。典型情况下，齿轮箱齿轮副正常磨损磨粒尺寸在长度方向低于15 μ m，大部分在2μπι以下；过载磨损磨粒的尺寸取决于过载程度，在长度方向可达1mm，初期过载产生150 μ m或稍小的磨粒。过速磨损的磨粒尺寸范围为150 μ m以下；疲劳磨损磨粒尺寸在长度方向可达150 μ m，大于15 μ m的大磨粒主要落在15 25 μ m范围以内。齿轮箱滚动轴承正常磨损层状磨粒尺寸在长度方向上为1(Γ30 μ m ;疲劳磨损产生的片状磨粒尺寸在150 μ m以下，大多落在15 20μπι的范围内。齿轮箱滑动接触正常磨损、过载磨损磨粒特征与齿轮磨损磨粒特征类似；过速磨损磨粒尺寸取决于过速程度，长度方向上可达1mm。上述详见《胡元哲，齿轮箱磨粒在铁谱片上的识别特征.润滑与密封，2006 (3) 第148-150页.》由此可知，大多数磨擦副的正常磨损磨粒尺寸一般在10 μ m以下，10 μ m以上磨粒包涵了摩擦学系统充分的磨损状态信息。上述两类传感器或者无法实现单个磨粒尺寸的测量，或者无法测量IOym附近的小磨粒。因此，能否快速、准确监测油液中ΙΟμπι及以上的磨粒，对磨擦副的磨损状态的监测至关重要。

发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，能有效检测油液中最小 ο μ m的金属颗粒，为在线磨损状态监测提供有效的技术手段，具有结构简单、可靠的特点。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，包括传感器主体以及安装在其内部的传感器测试电路；传感器主体包括底板I、左接头2、外壳3、绝缘油管4、测试线圈6、右接头7、测试电路9，左接头2、右接头7、测试电路9分别通过螺纹连接固定于底板I上，绝缘油管4通过 过渡配合两端粘接于左接头2和右接头7上，左接头2和右接头7上分別设有标准螺纹孔8用于连接快速接头，外壳3上开有ー圆孔5，用于引出传感器内部电源线和信号线，测试线圈6为漆包线在绝缘油管4上按顺时针方向螺旋缠绕2. 5圏，测试线圈6两端分别焊接至测试电路9的电容C4两端；传感器测试电路包括稳压电源、高频测试和两级放大三部分，稳压电源输入端接直流24V电源，稳压电源输出12V接入高频测试部分和两级放大的第二级运算放大器电源端；稳压电源输出5V接两级放大部分的第一级运算放大器电源端，高频测试输出信号接两级放大信号输入端。所述的稳压电源部分包括ニ极管D1，电阻R1，电容Cl、电容C2、电容C3，三端稳压管Ul、三端稳压管U2，ニ极管Dl正极接24V直流稳压电源VCC，负极接电阻Rl的一端，电阻Rl另一端接三端稳压管Ul和三端稳压管U2的输入端，电容Cl并接于三端稳压管U2的输入端和地，电容C2并接于三端稳压管Ul的输出端和地，电容C3并接于三端稳压管U2的输出端和地。所述高频测试部分包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电感LI、电感L2，电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8，三极管Q1，电感L2即为测试线圈6，电感L2的两个接线端对应测试线圈的两端，电容C4与电感L2并联组成选频网络，将并联后一端接三极管Ql的集电极，另一端接电感LI，其作用是高频扼流，电感LI的另一端与三极管的基极间并接电阻R2，电容C5 —端接电感LI与电容C4之间的结点，另一端接三极管Ql的基极，电阻R4 —端接地，另一端接三极管Ql的发射极，电容C6 —端接三极管的基极，另一端接地，电阻R3 —端接地，另一端接三极管Ql的基板，电容C7并接于电阻R4两端，电容C8与电阻R5串联后并接在电容C7两端，其中电容C8 —端接地，输出信号取自电容C8两端电压。所述的两级放大部分包括运算放大器U3A、运算放大器U4A，电容C9、电容C10、电容C11，电阻R6、电容R7、电容R8、电容R9、电容R10、电容R11、电容R12，电容C9 一端接高频测试部分输出信号，另一端接运算放大器U3A同相输入端，运算放大器U3A同相输入端和地之间接电阻R6，反相输入端与地之间接电阻R7，反相输入端和输出端之间接电容C10，电容ClO两端并接电阻R8，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4A的同相输入端之间接电容Cl I，运算放大器U4A的同相输入端与地之间接电阻R9，运算放大器U4A的反相输入端与地之间接电阻R10，运算放大器U4A的反相输入端与输出端之间接电阻R11，运算放大器输出端接电阻R12,信号从电阻R12另一端输出。本发明与现有的油液颗粒传感器相比，有以下优点
I、结构简单可靠、小体积、微流量在线连续监测金属颗粒的精确尺寸分布和颗粒产生速率。2、测试线圈在绝缘油管上按顺时针方向螺旋缠绕2. 5圈，其可測量最小金属颗粒粒径为10 μ m。3、不需要清洗，传感器内部不易堆积颗粒。


图I是本发明主体剖视图；图2是图I的左视图；图3是本发明稳压电源部分连接示意·
图4是本发明高频测试部分连接示意图；图5是本发明两级放大部分连接示意图；图6是本发明基于电感量测量的在线油液颗粒传感器的典型磨粒信号。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，包括传感器主体以及安装在其内部的传感器测试电路；參照图1，传感器主体包括底板I、左接头2、外壳3、绝缘油管4、测试线圈6、右接头7、测试电路9，左接头2、右接头7、测试电路9分别通过螺纹连接固定于底板I上，绝缘油管4通过过渡配合两端粘接于左接头2和右接头7上，左接头2和右接头7上分别设有标准螺纹孔用于连接快速接头，外壳3通过螺纹连接固定于底板I上，外壳3上开有ー圆孔5，用于引出传感器内部电源线和信号线，測试线圈6为漆包线在绝缘油管4上按顺时针方向螺旋缠绕2. 5圏，测试线圈6两端分别焊接至测试电路9的电容C4两端。參照图2，外壳3通过螺纹连接固定于底板I上。 传感器测试电路包括稳压电源、高频测试和两级放大三部分，稳压电源输入端接直流24V电源，稳压电源输出12V接入高频测试部分和两级放大的第二级运算放大器电源端；稳压电源输出5V接两级放大部分的第一级运算放大器电源端，高频测试输出信号接两级放大信号输入端。參照图3，所述的稳压电源部分包括ニ极管Dl，电阻R1，电容Cl、电容C2、电容C3，三端稳压管U1、三端稳压管U2，ニ极管Dl正极接24V直流稳压电源VCC，负极接电阻Rl的一端，电阻Rl另一端接三端稳压管Ul和三端稳压管U2的输入端，电容Cl并接于三端稳压管U2的输入端和地，电容C2并接于三端稳压管Ul的输出端和地，电容C3并接于三端稳压管U2的输出端和地。參照图4，所述高频测试部分包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电感LI、电感L2，电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8，三极管Q1，电感L2即为测试线圈6，电感L2的两个接线端对应测试线圈的两端，电容C4与电感L2并联组成选频网络，将并联后一端接三极管Ql的集电极，另一端接电感LI，其作用是高频扼流，电感LI的另一端与三极管的基极间并接电阻R2，电容C5 —端接电感LI与电容C4之间的结点，另一端接三极管Ql的基极，电阻R4 —端接地，另一端接三极管Ql的发射极，电容C6 —端接三极管的基极，另一端接地，电阻R3 —端接地，另一端接三极管Ql的基板，电容C7并接于电阻R4两端，电容C8与电阻R5串联后并接在电容C7两端，其中电容C8 —端接地，输出信号取自电容C8两端电压。參照图5，所述的两级放大部分包括运算放大器U3A、运算放大器U4A，电容C9、电容C10、电容C11，电阻R6、电容R7、电容R8、电容R9、电容R10、电容R11、电容R12，电容C9一端接高频测试部分输出信号，另一端接运算放大器U3A同相输入端，运算放大器U3A同相输入端和地之间接电阻R6，反相输入端与地之间接电阻R7，反相输入端和输出端之间接电容C10，电容ClO两端并接电阻R8，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4A的同相输入端之间接电容Cl I，运算放大器U4A的同相输入端与地之间接电阻R9，运算放大器U4A的反相输入端与地之间接电阻R10，运算放大器U4A的反相输入端与输出端之间接电阻R11，运算放大器输出端接电阻R12,信号从电阻R12另一端输出。本发明的工作原理传感器接入24V直流电源，传感器测试电路稳压部分输出12V和5V为高频测试和两级放大部分提供能量，高频测试部分产生高频振荡，当油液中的金属颗粒流经测试线圈时，使得测试线圈电感量变大，高频测试电路振荡频率变小，振荡回路电流变大，金属颗粒流过测试线圈时，高频测试部分重新回到原来的稳幅振荡状态。因此，当油液中有磨粒流过时，高频测试部分输出脉冲信号，经两级放大电路放大为0-10V，脉冲信号幅值代表颗大小。參照图6所示，本发明的典型磨粒信号，脉冲幅值表示磨粒的大小。典型油液颗粒在线监测方案 I、搭建辅助油路由微量泵提供油液循环动力，将被监测油液从油箱引入至微量泵，再由微量泵输出至传感器左接头2，由传感器右接头6输出回到油箱。2、搭建测试系统将24V直流稳压电源接至传感器电源输入端，传感器输出端以差分方式接入数据采集卡，数据采集将本传感器输出的模拟信号转换为数字信号输入PC机。3、实现在线测试采集实验数据，计算脉冲信号幅值得到颗粒大小，记录油中颗粒含量，得到精确的颗粒数量、颗粒尺寸分布与颗粒产生速率，实现油中颗粒连续在线监测。
权利要求
1.ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，包括传感器主体以及安装在其内部的传感器测试电路，其特征在于 传感器主体包括底板(I)、左接头(2)、外壳(3)、绝缘油管(4)、测试线圈(6)、右接头(7)、测试电路(9)，左接头(2)、右接头(7)、测试电路(9)分别固定于底板(I)上，绝缘油管(4)通过过渡配合两端粘接于左接头(2)和右接头(7)上，左接头(2)和右接头(7)上分別设有标准螺纹孔，外壳(3)上开有ー圆孔(5)，用于引出传感器内部电源线和信号线，测试线圈(6)为漆包线在绝缘油管(4)上按顺时针方向螺旋缠绕2. 5圏，测试线圈(6)两端分别焊接至测试电路(9)的电容C4两端； 传感器测试电路包括稳压电源、高频测试和两级放大三部分，稳压电源输入端接直流24V电源，稳压电源输出12V接入高频测试部分和两级放大的第二级运算放大器电源端；稳压电源输出5V接两级放大部分的第一级运算放大器电源端，高频测试输出信号接两级放大信号输入端。
2.根据权利要求I所述的ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，其特征在于所述的稳压电源部分包括ニ极管Dl，电阻Rl，电容Cl、电容C2、电容C3，三端稳压管Ul、三端稳压管U2，ニ极管Dl正极接24V直流稳压电源VCC，负极接电阻Rl的一端，电阻Rl另ー端接三端稳压管Ul和三端稳压管U2的输入端，电容Cl并接于三端稳压管U2的输入端和地，电容C2并接于三端稳压管Ul的输出端和地，电容C3并接于三端稳压管U2的输出端和地。
3.根据权利要求I所述的ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，其特征在于所述高频测试部分包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电感LI、电感L2，电容C4、电容〇5、电容06、电容07、电容08，三极管01，电感L2即为测试线圈6，电感L2的两个接线端对应测试线圈的两端，电容C4与电感L2并联组成选频网络，将并联后一端接三极管Ql的集电极，另一端接电感LI，其作用是高频扼流，电感LI的另一端与三极管的基极间并接电阻R2，电容C5 —端接电感LI与电容C4之间的结点，另一端接三极管Ql的基极，电阻R4 —端接地，另一端接三极管Ql的发射极，电容C6 —端接三极管的基极，另一端接地，电阻R3 —端接地，另一端接三极管Ql的基板，电容C7并接于电阻R4两端，电容C8与电阻R5串联后并接在电容C7两端，其中电容C8 —端接地，输出信号取自电容C8两端电压。
4.根据权利要求I所述的ー种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，其特征在于所述的两级放大部分包括运算放大器U3A、运算放大器U4A，电容C9、电容CIO、电容C11，电阻R6、电容R7、电容R8、电容R9、电容RlO、电容R11、电容R12，电容C9 一端接高频测试部分输出信号，另一端接运算放大器U3A同相输入端，运算放大器U3A同相输入端和地之间接电阻R6，反相输入端与地之间接电阻R7，反相输入端和输出端之间接电容C10，电容ClO两端并接电阻R8，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4A的同相输入端之间接电容C11，运算放大器U4A的同相输入端与地之间接电阻R9，运算放大器U4A的反相输入端与地之间接电阻R10，运算放大器U4A的反相输入端与输出端之间接电阻R11，运算放大器输出端接电阻R12,信号从电阻R12另一端输出。
全文摘要
一种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器，包括传感器主体以及其内部的传感器测试电路；传感器测试电路包括稳压电源、高频测试和两级放大三部分，稳压电源输出12V接入高频测试部分和两级放大的第二级运算放大器电源端；稳压电源输出5V接两级放大部分的第一级运算放大器电源端，高频测试输出信号接两级放大信号输入端。高频测试部分产生高频振荡，当油液中的金属颗粒流经测试线圈时，使得测试线圈电感量变大，高频测试电路振荡频率变小，振荡回路电流变大，金属颗粒流过测试线圈时，高频测试部分重新回到原来的稳幅振荡状态，本发明能在线连续监测粒径为10μm的金属颗粒分布和产生的速率，且不需要清洗，内部不易堆积颗粒。
文档编号G01N27/72GK102680368SQ201210167540
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者张乐, 张小刚, 武通海 申请人:西安交通大学