电磁型油液磨粒在线监测传感系统的研究

摘要

对于绝大多数机械设备在正常运转过程中，由于自身一些零件在接触的同时不可避免会发生相对运动，摩擦磨损也就随之产生。磨损失效也是机械零件失效的一种最常见、最主要的失效方式，占大约80％。磨损同时会导致机械零部件表面材料的脱落从而产生一些金属磨粒随着润滑油液在润滑系统中循环流动。这些金属磨粒的存在会继续加速零件表面的磨损，尤其是直径大的磨粒出现则预示设备的运行存在着的安全隐患。
　　对润滑油中金属磨粒的尺寸、材质等特征信息的监测，可以实现对设备磨损情况的了解以及对潜在的风险进行提前预警，也为做到按质换油提供了重要的数据依据，确保了机械设备的安全性和有效性。但目前现有的油液金属磨粒检测传感器不仅价格昂贵，而且存在测量灵敏度、实施困难等技术问题。为了进一步提高油液金属磨粒的检测能力，本文致力研发一种具有结构简单、灵敏度高并且实际应用价值较大的在线传感监测系统，可以实现对油液中的金属磨粒在线、实时和持续的监测，主要研究内容包括:
　　首先，在安培定理、毕奥-萨法尔定律等相关电磁学理论的基础上建立了三线圈结构的油液磨粒在线监测传感器的数学模型。根据数学模型对传感器的灵敏度与线圈参数之间的关系进行了分析，并利用遗传算法原理寻找出传感器结构的最佳应用方案。
　　其次，设计了传感系统的硬件电路部分和软件部分。前端调理电路是将传感器采集的微弱正弦电压信号经过放大、相敏检测和直流放大等电路进行调理。数字处理电路选择了稳定性好、抗干扰能力强的PIC18F4680单片机来完成信息的实时存储与显示。另外，软件程序则采用模块化和结构化的设计模式使整个系统的功能更加完整。
　　最后，通过建立实验平台对该传感系统的性能进行实验研究，让不同尺寸的金属磨粒通过传感器，对得出传感器分辨率和稳定性进行对比研究，得出结论，从而为下一步的应用打下基础。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 油液监测技术的现状和发展趋势

1．2．1 在线监测传感器的研究现状

1．2．2 在线监测技术的发展趋势

1．3 本文的主要工作及全文安排

第二章 电磁型传感器的基本原理

2．1 磨损和磨粒的基本特征

2．1．1 磨损的过程

2．1．2 磨损的分类

2．1．3 磨粒的特征

2．2 电磁型传感器数学模型

2．2．1 电磁学理论基础

2．2．2 传感器数学模型的建立

2．3 传感器特性分析

2．4 传感结构参数优化

2．5 本章小结

第三章 系统硬件电路的设计

3．1 前端信号调理电路

3．1．1 前置放大电路

3．1．2 相敏检测

3．1．3 低通滤波器

3．1．4 直流放大电路

3．2 数字信号处理电路

3．2．1 MCU微控制单元设计

3．2．2 电源和指示灯单元设计

3．2．3 时钟模块设计

3．2．4 铁电存储单元设计

3．2．5 USB读写单元设计

3．2．6 串口、CAN通信单元设计

3．3 电磁兼容性设计

3．4 软件设计

3．5 本章小结

第四章 实验验证

4．1 在线磨粒监测实验台

4．2 实验样本

4．3 分辨率实验

4．4 稳定性实验

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间成果

声明