润滑油液中磨粒信号的处理与特征提取研究

摘要

对机械系统润滑油中的金属磨粒的监测可以帮助制定维修计划，设计可靠的预防性维修措施。然而对于油液传感器输出信号的信号处理以及有效信息的提取存在一定的困难。　　为了解决这一问题，首先基于电磁原理分析研究了磨粒传感器的磁场分布以及变化，建立了磨粒尺寸半径与传感器输出信号电压成三次方的数学模型，分析研究了传感器的输出电压特性，得到了基于输出的电信号的峰值、相位等特征求解磨粒尺寸、数量、磁性等信息的方法。　　然后分析研究了传感器输出信号的信息处理方法，通过改进经验模态分解方法EMD，提出了改进的集成模态分解法EEMD，并对优化后的EEMD参数值进行了讨论，提出了自适应设定其超参数的方法，解决了EEMD超参数的设定问题，EEMD虽然减轻了EMD的一些缺点，但也给分解结果带来了一些副作用。分析了其不良反应，并采用了后期处理的方法，取得了较好的效果。然后通过仿真数据以及真实的数据试验对比EMD方法与EEMD方法，验证了改进的EEMD方法的优越性。　　最后实验通过对小波阈值滤波方法以及改进的 EEMD 方法的残差和检测磨粒尺寸范围精度的对比，表明了改进的 EEMD 方法的准确性，验证了改进的 EEMD方法的信号提取能力。同时拟合了磨粒尺寸与输出信号波峰值、波谷值以及峰峰值的模型曲线，证明了所建磨粒尺寸模型的准确性。并提出了对磨粒尺寸的分段研究，通过实验数据证明了其可行性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1国外油液磨粒检测技术发展概况

1.2.2国内油液磨粒检测技术发展概况

1.3磨粒传感器输出信号的处理方法

1.4 本文的主要研究内容

第2章 磨粒与传感器理论基础

2.1 磨粒特征分析

2.1.1 机械的运行阶段及产生的磨粒特点

2.1.2磨损形式与磨粒种类

2.1.3 磨粒磁特性

2.1.4 磨粒形态特征

2.2 三线圈差动式电感磨粒传感器的原理

2.2.1 传感器结构

2.2.2传感器的工作原理

2.3 本章小结

第3章 输出模型建立与磨粒信息提取

3.1 磨粒在传感器中的运动状态

3.2 感应电动势输出模型

3.2.1 电磁理论基础

3.2.2 圆形载流线圈磁场分布

3.2.3 电动势输出模型

3.3 磨粒特征提取

3.4 本章小结

第4章 改进的EEMD信号处理方法

4.1 输出信号预处理

4.2 小波阈值滤波算法

4.3 经验模态分解法EMD

4.3.1 固有模态函数IMF

4.3.2 经验模态分解法EMD的步骤

4.3.3 经验模态分解法EMD的完备性和正交性

4.3.4 经验模态分解法EMD的不足

4.4 改进的带后期处理的集成经验模态分解法EEMD

4.4.1 改进的EMD法的步骤

4.4.2 参数的选择

4.5 EEMD与EMD的方法实验对比

4.6 本章小结

第5章 油液磨粒实验

5.1 实验装置

5.1.1 三线圈差动式电感磨粒传感器

5.1.2 显微镜以及磨粒尺寸测量

5.1.3 油液循环系统

5.2 磨粒信号的处理与特征提取实验

5.2.1 小波阈值滤波方法实验

5.2.2 改进的EEMD信号处理方法实验

5.3 磨粒尺寸分段研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢