基于KZK方程的在线超声磨粒传感器的设计

针对超声磨粒传感器的设计问题,利用时域KZK方程对超声传感器的声场进行数值模拟,分析传感器的关键参数如晶片半径、焦距和中心频率等对声场的影响。仿真结果表明:传感器的焦距越大,聚焦声场的声压越小、焦斑增大;随着传感器晶片半径的增大,焦斑区域先减小后变大,焦点声压先增加后降低;传感器中心频率越高,焦斑越小,声压先增后降。对比分析发现,KZK方程计算结果与传统经验公式的计算结果有较大差别,在磨粒传感器设计时应予以考虑。     

超声磨粒传感器非线性声场的数值模拟与实验研究

针对超声磨粒传感器声场的非线性特性对磨粒散射与识别模型的影响问题,利用KZK方程对超声磨粒传感器的非线性声场进行建模。采用时域有限差分法对KZK方程进行数值求解,对聚焦声场的时、频域特性进行分析,发现焦点位置会发生一定偏移;焦斑的轴向长度较大而径向长度很小;焦点附近区域的声压波形及其中心频率均不相同;由于衍射与吸收作用,声场中心频率低于激励中心频率。实验结果验证了仿真结论的正确性。     

基于梳状式电容传感器的滑油磨粒检测方法

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构优化方向,确定最佳参数。搭建实验平台进行试验,结果表明,当铁磨粒直径从0.3 mm增至0.9 mm时,电容差值从3 Ff增至17 Ff;当磨粒个数从1增至4时,差值与数量近似成正线性关系,最大增幅在200%～350%左右;电源频率从10 kHz增至100 kHz时,差值降幅在36%～67%。研究表明梳状电容传感器内部电场均匀度较好,利于提高结果一致性与磨粒检出率,可在10 mm管路中检测200μm以上的磨粒,具有较好的区分度,可为航空发动机滑油磨粒监测研究提供技术支持。     

电涡流磨粒传感器磁场仿真研究

针对电感式磨粒传感器易受磨粒连续性影响和无法识别磨粒材质的问题,通过增大电感式磨粒传感器中磨粒的涡流作用,提出一种电涡流磨粒传感器。结合有限元软件ANSYS Maxwell建立电涡流磨粒传感器的仿真模型,并对不同材质和尺寸的磨粒进行仿真分析,验证电涡流原理在磨粒监测中的可行性。对不同激励频率及线圈内径的电涡流磨粒传感器进行仿真分析。仿真结果表明:电涡流作用可以识别磨粒尺寸,磨粒产生的涡流作用与磨粒尺寸成三次方关系;电涡流作用可以识别磨粒材质,不同材质的磨粒在相同的磁场环境中产生的涡流作用不同;线圈的激励频率越高,磨粒的涡流作用越大;线圈的内径越大,磨粒的涡流作用越小。     

三线圈电感式磨粒传感器的检测电路

润滑油中磨粒反映了机械运行状态的大量信息,所以对磨粒进行检测具有很重要的工程应用价值。依据润滑油中磨粒与电感线圈之间耦合关系,设计了一种三线圈电感式磨粒在线监测传感器。根据传感器测量原理,该检测电路设计主要包括调幅调相驱动电路、前置放大电路、精密整流电路和后级滤波放大电路。实验结果表明:该检测电路结合后续NI信号采集模块与LabVIEW数据处理,对铁磁磨粒的分辨率达到100μm.     

油液磨粒检测传感器线圈间距对输出信号的影响

电感式磨粒传感器在机械设备润滑油液磨粒在线监测中具有独特优势,通过测量传感器输出的感应电压信号来获取油液中磨粒的大小、数量以及质量等信息,进而可实现设备磨损程度的判断。为了研究电感式三线圈传感器中相邻两线圈之间的距离对传感器输出感应信号的影响,基于差动式三线圈互感原理建立传感器三维模型;利用JMAG-Designer12.0软件对传感器检测铁磁磨粒的过程进行瞬态电磁仿真,分析线圈间距对传感器输出感应电动势的影响;通过制作传感器进行实验并行验证仿真结果的正确性。研究结果表明,当线圈间距小于2.5 mm时,感应电动势随间距的增加而增大,当线圈间距大于2.5 mm时,感应电动势随间距的增加而减小,线圈间距为2.5 mm时,感应电动势最大,传感器输出信号与理论正弦信号变化趋势接近一致,并且信号干扰最小、信号最为稳定。     

在线油液磨粒检测聚焦超声换能器声场特性分析

在线超声磨粒检测结果与超声换能器声场特性密切相关,在线油液超声磨粒传感器也是基于换能器声场特性设计的,运用数值模拟方法可以有效地分析超声波声场的特性。首先从理论方面分析了在线超声磨粒检测方法;然后利用时域有限差分法求解KZK方程对超声换能器声场进行仿真;最后搭建润滑油超声波声场分布测量实验系统实际测量超声波声场特性。仿真与实验结果表明:利用时域有限差分法求解KZK方程能够很好的模拟聚焦超声换能器在润滑油中的声场分布情况,聚焦超声换能器的焦斑区域呈椭圆形,长轴约为4 mm,短轴约为0.4 mm,仿真结果与实验结果具有较好的一致性。研究结果为下一步的超声磨粒传感器设计奠定了基础。     

润滑油金属颗粒传感器设计及试验研究

根据电磁感应原理提出一种润滑油金属磨粒传感器模型,并对金属磨粒传感器的基本结构和检测电路进行设计。在传感器测试试验台上对传感器检测抗磁性磨粒和铁磁性磨粒的能力进行测试,研究电压、温度对传感器的影响。测试结果显示：传感器可以准确判别润滑油内的铁磨粒和铜磨粒,其中铁磨粒和铜磨粒的最小检测直径分别为200 μm和500 μm;在3～5 V电压下该传感器的输出特性稳定;在20～60 ℃温度范围,温度对传感器的影响可忽略,传感器测量精度满足要求。     

基于GMR磁传感器的油液铁磁性磨粒在线监测实验研究

为实现对油液中铁磁性磨粒的在线监测,设计搭建一套在线监测装置;基于GMR磁传感器芯片可有效检测微弱磁场的特点,利用GMR磁传感器监测单个铁磨粒被磁化后的剩余磁场;采取"模拟在线"的形式,从GMR磁传感器输出的磁场信号中获取磨粒信息。通过优化装置和试验参数,研究温度、磨粒运动速度对测试系统输出结果的影响,探讨传感器的磨粒检出能力及检出结果的一致性。试验结果显示:在95℃以内的温度和5 cm/s以内的磨粒运动速度条件下,传感器的输出值基本不受影响;运动速度一定时,装置对不同粒度的磨粒输出一致性良好。试验初步表明了GMR磁传感器可用于油液铁磁性磨粒的在线监测,可有效检测出尺寸在75μm以上的铁磨粒。     

内嵌电感式磨粒监测传感器的多磨粒特性仿真研究

油液中的磨粒状态错综复杂,容易出现聚集,为准确获取磨粒信息,建立多磨粒的数学模型。为研究油液中磨粒的不规则形状对内嵌电感式传感器电感特性的影响,利用Maxwell建立内嵌电感式传感器的仿真模型,从电感值、磁通量、耦合系数等多种角度探究多磨粒的电感特性。结果表明:双磨粒的电感值远大于单磨粒,柱状磨粒电感值远大于相同体积的球状磨粒;球磨粒与柱磨粒的相对位置对电感的影响不大。     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒特性仿真研究

针对机械装置的在线监测传感器,模拟了铁磁质磨粒通过传感器过程中传感器线圈的磁场和感应线圈的感应电压瞬态变化特性.考虑了线圈与铁磨粒的材料、线圈匝数和激励线圈的输入电压等因素,应用Jmag Designer I0.4软件建立了传感器的二维有限元模型.仿真结果揭示了磨粒运动过程中线圈磁场与感应线圈中感应电压的变化规律,获得了感应电压与球形磨粒的直径大小的立方成正比,与磨粒运行速度成正比.研究结果对于电感式磨粒传感器的开发具有重要的指导价值.     

基于巨磁电阻传感器的油液铁磁性磨粒检测研究

针对油料原子发射光谱仪对大于10μm的磨粒检测效率不高,不能有效反映油液磨粒浓度的问题。通过检测经特定磁场磁化和聚集后油样中铁磁性磨粒剩余磁场的大小,来反映油样中铁磁性磨粒浓度大小的方法,利用巨磁电阻磁场传感器,设计一种油液铁磁性磨粒检测装置。该检测装置对同一油样的检测具有较好的重复性;对浓度和尺寸分布均不同的铁磁性磨粒油样,其检测结果并没有因尺寸分布的不同而出现明显的差别。该油液磨粒检测装置可以克服原子发射光谱仪对铁磁性大磨粒检测效率不高,不能有效反映油样铁磁性磨粒浓度的缺点。     

一种磨粒在线监测传感器的设计及其电路的仿真分析

基于磁感应监测原理,设计分析了一种磨粒监测电感式传感器,并通过MuLtisim8软件对其测量电路及信号处理电路进行分块和整体的仿真分析。仿真结果表明,总体电路设计基本符合要求,各级放大电路输出无饱和失真现象,设计合理,能够满足用于监测系统模／数转换的需要,为该种传感器的研制奠定了良好的基础。     

液压油水污染在线连续检测传感器研究

采用聚酰亚胺水分子选择性覆膜,设计一种新型连续曲率双螺旋电容水污染传感器。分析该新型传感器的基本原理并建立数学建模,介绍其组成和软件算法流程。测试结果表明：该新型传感器可在线连续地检测液压油液中的水分,且含水率检测精度高。该传感器已成功用于液压装置的实时状态监控,为大型设备的主动维护提供依据。     

新型自补偿在线润滑油水分监测传感器响应特性试验研究

目前基于油液介电常数的变化来在线监测润滑油品质和含水率的传感器,存在着需要对传感器输出值进行温度补偿的问题。研究一种具有自动温度补偿功能的在线润滑油水分监测传感器,通过实验考察温度和润滑油中水分含量对传感器的响应灵敏度和动态响应稳定性的影响。实验结果表明,该型传感器无需温度和其他补偿,对润滑油中水分的变化具有较高的线性响应和灵敏度,能准确测量润滑油中的水分含量,且稳定可靠。     

磨粒在线监测装置及其试验研究

针对磨粒在线监测方案实施复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于磁场力测量的快速磨粒监测装置。对该装置磁场中的磨粒进行了运动学分析,并利用MATLAB求得了磨粒沉积轨迹的数值解。在此基础上,试验研究了磁场强度、油液黏度及输送速度对磨粒沉积的影响,并对监测装置的线性度、相关性、重复性、定量误差、灵敏度和磨粒捕捉范围进行了测试。结果表明：该磨粒在线监测装置性能稳定,符合监测要求,能够有效地捕捉粒度大于10μm的铁磁性磨粒,可实现对设备初期故障的快速预报。     

反向双激励螺旋管式磨粒传感器的传感特性研究

传感器作为磨粒监测技术中的一个重要组成部分，其性能直接影响监测的结果。针对正在研制的磨粒传感器，运用电磁场原理、毕奥-萨伐尔定律等，推导出了反向双激励螺旋管式磨粒传感器的数学模型并对其传感特性进行了分析，为该传感器的设计、优化及改善其性能提供了理论依据。     

基于平面线圈的磨粒监测传感器

为了提高油液的在线监测水平,研制了一种基于电感测量的铁磁性颗粒传感器,用MEMS工艺制作了一种平面线圈型的传感器并分析了其工作原理.设计了信号处理电路,对传感器的性能进行了实验研究.结果表明:颗粒含量在10～ 100 mg时,传感器具有良好的线性度,灵敏度为7.145 5 V/g,该传感器可以分辨5 mg的铁屑含量,输出稳定,为油液的在线监测提供了一种新的检测元件.     

基于显微图像的在线润滑油中磨粒识别

针对现有润滑油磨粒监测技术的不足,提出一种将微流控技术与铁谱技术相结合的磨粒在线检测方法。该系统用微流控芯片取代传统铁谱片并显微成像;在图像的模糊恢复上,采用基于运动模糊图像微分与自相关的方法进行模糊尺度计算,应用维纳滤波方法对模糊图像进行模糊恢复,得到纹理及边界更加清晰的图像;在磨粒特征的提取上,运用颜色特征用来识别磨粒的成分,包括铁质磨粒、有色金属磨粒和氧化物磨粒,运用尺度和形状等特征识别磨粒产生的磨损机制;在颗粒的识别上,应用灰色关联分析方法实现磨粒的自动识别。该磨粒在线监测系统不仅能对磨粒进行计数,也可以对磨粒类型进行判断,其准确率达到90%。