电容式滑油磨粒在线监测数据采集系统研究

发布时间：2017-11-02 15:29

  本文关键词：电容式滑油磨粒在线监测数据采集系统研究

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【摘要】：飞机发动机内部的异常摩擦磨损是造成飞机运行故障的一个重要原因,其所产生的磨粒携带大量的设备磨损信息。磨粒进入滑油系统中,改变了滑油系统的理化性质(包括介电常数),因此可通过对滑油系统的监测来判断设备运行的状态信息。现有的滑油磨粒监测方法有的效率低下或不灵敏,有的对实验人员提出较高要求。为此,本文提出了一种基于交流电桥电容测量电路的滑油磨粒数据采集系统。文中首先介绍了系统的工作原理,列举了一些常见的微弱电容测量电路,并分析了各自的优缺点。通过分析比较,最终选择交流电桥电容测量电路作为本系统的设计方案。继而介绍了电容传感器的工作原理,提出一种弧状极板式的电容传感器,通过ANSYS软件对该传感器进行建模和仿真分析,得到传感器的电容变化量在fF量级,且与磨粒所处位置成近似正弦规律变化。然后设计并制作了滑油磨粒数据采集系统的硬件电路,主要包括信号发生模块、交流电桥电容检测模块、差分放大模块、相敏解调模块以及低通滤波模块等,并结合抗干扰相关理论,分析了硬件电路中可能存在的干扰问题,并给出了几点解决措施。最后就是系统控制与数据采集的设计流程,通过搭建实验平台和软件程序的编写,对所设计的滑油磨粒数据采集系统进行测试与实验性能分析。实验结果表明,信号发生电路的幅值和频率均比较稳定,系统的输出电压与滑油磨粒尺寸有较好的对应关系。将实验数据运用MATLAB软件拟合后,得到平均测量精度近似为138.14uV/um。说明了磨粒特性和滑油理化性质的变化以及发动机的磨损故障之间确实存在相关性,可通过对滑油系统的监测来判断设备运行的状态信息。
【关键词】：磨粒 数据采集 传感器 ANSYS 滑油
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.6;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 发动机磨损介绍12-13
• 1.2.1 磨损过程的分析12
• 1.2.2 磨损的影响因素12-13
• 1.2.3 磨粒的分类13
• 1.3 常见的滑油磨粒检测方法介绍13-15
• 1.3.1 铁谱分析技术14
• 1.3.2 光谱分析技术14
• 1.3.3 自动磨粒检测分析技术14
• 1.3.4 扫描电镜能谱分析技术14-15
• 1.4 国内外研究现状及未来发展趋势15-17
• 1.4.1 国内外研究现状15-16
• 1.4.2 未来发展趋势16-17
• 1.5 本文主要内容17-18
• 第二章 系统的工作原理与设计方案18-25
• 2.1 系统工作原理18-22
• 2.1.1 交流锁相放大法18-19
• 2.1.2 谐振法19
• 2.1.3 充放电法19-20
• 2.1.4 交流电桥法20-21
• 2.1.5 系统方案21-22
• 2.2 系统总体设计22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 第三章 电容传感器的设计与分析25-36
• 3.1 电容传感器的工作原理25-29
• 3.1.1 电容传感器的理论基础25-26
• 3.1.2 电介质在静电场中的理论研究26-27
• 3.1.3 滑油磨粒与电容值的关系27-29
• 3.2 电容传感器的结构与分析29-33
• 3.2.1 传感器结构介绍29-30
• 3.2.2 电容传感器的理论推导30-32
• 3.2.3 电容传感器的参数分析32-33
• 3.3 电容传感器性能分析33-35
• 3.3.1 传感器模型分析基础33
• 3.3.2 仿真性能分析33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 数据采集系统的硬件电路设计36-52
• 4.1 信号发生电路36-40
• 4.1.1 DDS信号发生器36-38
• 4.1.2 输出信号的处理38-40
• 4.2 交流电桥电容测量电路40-42
• 4.3 放大电路42-44
• 4.3.1 差分放大电路42-44
• 4.3.2 可调增益放大电路44
• 4.4 相敏解调电路44-51
• 4.4.1 开关解调45-46
• 4.4.2 数字解调46-47
• 4.4.3 乘法解调47-49
• 4.4.4 低通滤波电路49-51
• 4.5 硬件抗干扰分析51
• 4.6 本章小结51-52
• 第五章 程序设计与系统性能分析52-62
• 5.1 控制器设计流程52-56
• 5.1.1 控制器介绍52-53
• 5.1.2 软件开发环境53-54
• 5.1.3 程序设计54-56
• 5.2 实验结果测试56-60
• 5.2.1 信号发生电路测试56-58
• 5.2.2 滑油磨粒数据测试58-59
• 5.2.3 系统稳定性测试59-60
• 5.3 实验结果分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70

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本文编号：1132131