磨粒电感检测灵敏度及流量提升技术研究
发布时间：2021-08-12 17:34
对润滑油中磨粒进行检测有利于分析机械磨损状态并确定视情维修时机。电感检测是检测润滑油中磨粒的重要手段,利用高灵敏度传感器检测微小磨粒可以较早预知磨损故障,利用高流量传感器可以对机械多部位进行充分检测,因而提升电感检测灵敏度和流量一直是研究的重点。本文理论分析了金属颗粒与磁场的相互作用,研究了磁性材料对电感检测灵敏度的提升效果,提出了基于相分复用技术的电感检测流量提升方法。具体而言,本文研究内容主要包括:（1）根据电磁学基本定理分析了金属颗粒在磁场中的磁化效应和涡流效应;建立了金属颗粒在电感检测中的磁化模型,分析了金属颗粒与周围磁场的作用关系;研究了金属颗粒引起线圈电感变化的影响因素。结果表明:金属颗粒对磁场磁矢势的影响与原磁场强度、激励频率、颗粒尺寸及属性相关,金属颗粒引起的线圈电感变化量与金属颗粒的体积、磁导率等相关。（2）在理论分析基础上,设计了应用磁性材料的电感检测传感器并搭建了实验系统。实验研究了磁性材料浓度对电感检测信号的影响,对比了有无磁性材料的电感检测传感器对不同尺寸铁颗粒的检测效果,探究了有无磁性材料的电感检测传感器的检测极限,并验证了两种电感检测传感器对混有铁颗粒的润...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１机械磨粒产生过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ??磨损过程的产物就是磨粒
?磨粒电感检测灵敏度及流量提升技术研究???磨粒主要分散在润滑油中。而润滑油作为机械设备的“血液”，大量循环于机械摩擦??副间，并包含磨损产物。所以，机械磨损的重要信息隐藏于润滑油磨粒，将润滑油中磨??粒作为特征参数进行检测，通过磨粒的尺寸、浓度和材料等，诊断机械磨损情况，有助??于确定设备磨损状态和视情维修时机，有利于船舶机械和船舶动力装置的发展进步。因??此，研究润滑油中磨粒的检测技术十分重要。??１．２磨粒检测研究现状??１．２．１油液中磨粒传统检测法??油液磨粒检测技术发展于上个世纪四十年代，传统检测方法主要包括铁谱分析、光??谱分析、电阻检测、电容检测和电感检测等。??（１）铁谱分析??上世纪七十年代初，Ｖ．?Ｃ．?Ｗｅｓｔｃｏｔｔ和Ｗ．?Ｗ．?Ｓｅｉｆｅｒｔ对润滑油中金属磨粒进行了研??宄并提出了铁谱分析［５—７】。如图１．２，润滑油中金属磨粒受高梯度磁场作用，按尺寸沉积，??制成铁谱基片。借助铁谱仪等，对磨粒进行铁谱分析，根据磨粒特点完成对机械设备磨??损状态的诊断［８］。??ｒ—??—?Ｖ?？?’??汕?Ｈ?｜??１１１铁颗粒?梯度磁?〕?Ｕ??ＩｔＫ?鱗Ｉ?汕??’??｜杯??图１．２铁谱基片的制备??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｅｎ＇ｏｇｒａｐｈｙ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??利用铁谱分析对磨粒进行检测时，可检尺寸范围宽，检测信息丰富。但铁谱分析一??般需要取样、样品预处理、铁谱基片制备及检测分析等多个专业环节，甚至需要利用显??微镜来识别磨粒，对检测设备性能和检测人员专业技能要求较高。目前铁谱分析技术虽??－２?－??
光谱，完成对物质的分析和判断。利用光谱分析对润滑油进行检测时，??取样后通过光谱学原理分析元素浓度，依据元素浓度分析油样中磨粒情况，进而分析机??械设备磨损状态［９］。??光谱分析法虽然可以检测润滑油中磨粒元素、浓度且灵敏度高，但无法检测含水样??品，受外界影响大，成本较高，而且需要取样处理等，不适合在线检测［ＩＱ］。??（３）光学检测??润滑油中的磨粒会对润滑油的光学传输特性产生影响，通过测量油液的透光特性可??以对油液中的磨粒进行检测。??２０００年，Ｋｗｏｎ等人…］设计了如图１．３所示的光学检测装置，通过感应光线透过润??滑油后的衰减情况，定性分析油液中磨粒浓度。该装置由进出口、检测腔、用于照射油??液的发光二极管、用于检测透光强度的光电二极管和用于控制铁磁性磨粒位置的电感线??圈组成。该装置原理简单，结构简洁，可以对油液中颗粒污染物进行定性分析，但是无??法确定颗粒尺寸及形状等。??｜发光??二极管??？Ｕ?ｐｉ进口??１?：?？?１１??０?？？？？？￥?线??Ｔｉ．?ｎ??出口?光电??．二极管??图１．３光学检测原理??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??根据光的散射和衍射，逐渐发展出了光阻和光散射检测方法［ｉ２ｉ。当入射光源照射润??滑油时，气泡、磨粒等对光束产生不同程度的散射、衍射作用。通过测量油液对入射光??－３?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度磨粒检测传感器的设计及研究[J]. 史皓天,张洪朋,王文琪,孙广涛,纪玉龙. 光学精密工程. 2019(09)
[2]高精度微流体多参数液压油检测芯片设计[J]. 孙广涛,张洪朋,顾长智,白晨朝,曽霖. 仪器仪表学报. 2019(02)
[3]Mechanical wear debris feature,detection,and diagnosis:A review[J]. Wei HONG,Wenjian CAI,Shaoping WANG,Mileta M.TOMOVIC. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(05)
[4]油液过流速度对船舶液压油检测精度的影响[J]. 刘恩辰,张洪朋,吴瑜,付洪发,孙玉清,陈海泉. 光学精密工程. 2016(03)
[5]新型超声磨粒传感器输出特性研究[J]. 徐超,张培林,任国全,王正军,李一宁,吕纯. 摩擦学学报. 2015(01)
[6]微通道-电感法检测金属磨粒质量分数的可行性实验研究[J]. 薄昭,曾霖,张兴明,张洪朋,张堂伟,崔方宇. 大连海事大学学报. 2014(04)
[7]电感式磨粒在线监测传感器的激励特性分析[J]. 李萌,郑长松,李和言,陈讬. 传感器与微系统. 2014(06)
[8]基于KZK方程的在线超声磨粒传感器的设计[J]. 徐超,张培林,王正军,李一宁,张光,原瑞宏. 润滑与密封. 2014(04)
[9]基于油液光谱分析和粒子滤波的发动机剩余寿命预测研究[J]. 孙磊,贾云献,蔡丽影,林国语,赵劲松. 光谱学与光谱分析. 2013(09)
[10]微流控芯片上油液磨粒电容检测[J]. 李梦琪,赵凯,宋永欣,潘新祥. 大连海事大学学报. 2013(03)
博士论文
[1]高灵敏金属磨粒感应式探测器研究[D]. 任艺军.中国科学技术大学 2019
[2]基于电感测量和光纤技术的在线油液监测方法研究[D]. 殷勇辉.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]基于微流控技术的润滑油中金属颗粒分离研究[D]. 江佳威.大连海事大学 2018
[2]微电感涡流传感器检测金属磨粒的研究[D]. 吴育德.北京工业大学 2013
[3]在线润滑油液金属颗粒传感器技术研究[D]. 宁啸.华南理工大学 2012
[4]油路磨粒检测方法与电路研究[D]. 傅舰艇.电子科技大学 2012
[5]基于平面线圈的油液监测传感器的研究[D]. 郭海林.南京航空航天大学 2012
[6]基于铁谱技术的内燃机磨粒特点研究与应用[D]. 刘中田.昆明理工大学 2007
本文编号：3338764
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１机械磨粒产生过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ??磨损过程的产物就是磨粒
?磨粒电感检测灵敏度及流量提升技术研究???磨粒主要分散在润滑油中。而润滑油作为机械设备的“血液”，大量循环于机械摩擦??副间，并包含磨损产物。所以，机械磨损的重要信息隐藏于润滑油磨粒，将润滑油中磨??粒作为特征参数进行检测，通过磨粒的尺寸、浓度和材料等，诊断机械磨损情况，有助??于确定设备磨损状态和视情维修时机，有利于船舶机械和船舶动力装置的发展进步。因??此，研究润滑油中磨粒的检测技术十分重要。??１．２磨粒检测研究现状??１．２．１油液中磨粒传统检测法??油液磨粒检测技术发展于上个世纪四十年代，传统检测方法主要包括铁谱分析、光??谱分析、电阻检测、电容检测和电感检测等。??（１）铁谱分析??上世纪七十年代初，Ｖ．?Ｃ．?Ｗｅｓｔｃｏｔｔ和Ｗ．?Ｗ．?Ｓｅｉｆｅｒｔ对润滑油中金属磨粒进行了研??宄并提出了铁谱分析［５—７】。如图１．２，润滑油中金属磨粒受高梯度磁场作用，按尺寸沉积，??制成铁谱基片。借助铁谱仪等，对磨粒进行铁谱分析，根据磨粒特点完成对机械设备磨??损状态的诊断［８］。??ｒ—??—?Ｖ?？?’??汕?Ｈ?｜??１１１铁颗粒?梯度磁?〕?Ｕ??ＩｔＫ?鱗Ｉ?汕??’??｜杯??图１．２铁谱基片的制备??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｅｎ＇ｏｇｒａｐｈｙ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??利用铁谱分析对磨粒进行检测时，可检尺寸范围宽，检测信息丰富。但铁谱分析一??般需要取样、样品预处理、铁谱基片制备及检测分析等多个专业环节，甚至需要利用显??微镜来识别磨粒，对检测设备性能和检测人员专业技能要求较高。目前铁谱分析技术虽??－２?－??
光谱，完成对物质的分析和判断。利用光谱分析对润滑油进行检测时，??取样后通过光谱学原理分析元素浓度，依据元素浓度分析油样中磨粒情况，进而分析机??械设备磨损状态［９］。??光谱分析法虽然可以检测润滑油中磨粒元素、浓度且灵敏度高，但无法检测含水样??品，受外界影响大，成本较高，而且需要取样处理等，不适合在线检测［ＩＱ］。??（３）光学检测??润滑油中的磨粒会对润滑油的光学传输特性产生影响，通过测量油液的透光特性可??以对油液中的磨粒进行检测。??２０００年，Ｋｗｏｎ等人…］设计了如图１．３所示的光学检测装置，通过感应光线透过润??滑油后的衰减情况，定性分析油液中磨粒浓度。该装置由进出口、检测腔、用于照射油??液的发光二极管、用于检测透光强度的光电二极管和用于控制铁磁性磨粒位置的电感线??圈组成。该装置原理简单，结构简洁，可以对油液中颗粒污染物进行定性分析，但是无??法确定颗粒尺寸及形状等。??｜发光??二极管??？Ｕ?ｐｉ进口??１?：?？?１１??０?？？？？？￥?线??Ｔｉ．?ｎ??出口?光电??．二极管??图１．３光学检测原理??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??根据光的散射和衍射，逐渐发展出了光阻和光散射检测方法［ｉ２ｉ。当入射光源照射润??滑油时，气泡、磨粒等对光束产生不同程度的散射、衍射作用。通过测量油液对入射光??－３?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度磨粒检测传感器的设计及研究[J]. 史皓天,张洪朋,王文琪,孙广涛,纪玉龙. 光学精密工程. 2019(09)
[2]高精度微流体多参数液压油检测芯片设计[J]. 孙广涛,张洪朋,顾长智,白晨朝,曽霖. 仪器仪表学报. 2019(02)
[3]Mechanical wear debris feature,detection,and diagnosis:A review[J]. Wei HONG,Wenjian CAI,Shaoping WANG,Mileta M.TOMOVIC. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(05)
[4]油液过流速度对船舶液压油检测精度的影响[J]. 刘恩辰,张洪朋,吴瑜,付洪发,孙玉清,陈海泉. 光学精密工程. 2016(03)
[5]新型超声磨粒传感器输出特性研究[J]. 徐超,张培林,任国全,王正军,李一宁,吕纯. 摩擦学学报. 2015(01)
[6]微通道-电感法检测金属磨粒质量分数的可行性实验研究[J]. 薄昭,曾霖,张兴明,张洪朋,张堂伟,崔方宇. 大连海事大学学报. 2014(04)
[7]电感式磨粒在线监测传感器的激励特性分析[J]. 李萌,郑长松,李和言,陈讬. 传感器与微系统. 2014(06)
[8]基于KZK方程的在线超声磨粒传感器的设计[J]. 徐超,张培林,王正军,李一宁,张光,原瑞宏. 润滑与密封. 2014(04)
[9]基于油液光谱分析和粒子滤波的发动机剩余寿命预测研究[J]. 孙磊,贾云献,蔡丽影,林国语,赵劲松. 光谱学与光谱分析. 2013(09)
[10]微流控芯片上油液磨粒电容检测[J]. 李梦琪,赵凯,宋永欣,潘新祥. 大连海事大学学报. 2013(03)
博士论文
[1]高灵敏金属磨粒感应式探测器研究[D]. 任艺军.中国科学技术大学 2019
[2]基于电感测量和光纤技术的在线油液监测方法研究[D]. 殷勇辉.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]基于微流控技术的润滑油中金属颗粒分离研究[D]. 江佳威.大连海事大学 2018
[2]微电感涡流传感器检测金属磨粒的研究[D]. 吴育德.北京工业大学 2013
[3]在线润滑油液金属颗粒传感器技术研究[D]. 宁啸.华南理工大学 2012
[4]油路磨粒检测方法与电路研究[D]. 傅舰艇.电子科技大学 2012
[5]基于平面线圈的油液监测传感器的研究[D]. 郭海林.南京航空航天大学 2012
[6]基于铁谱技术的内燃机磨粒特点研究与应用[D]. 刘中田.昆明理工大学 2007
本文编号：3338764
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