油液中金属颗粒检测技术研究

摘要

机械设备在运转过程中，设备的部件会出现磨损，从而产生金属磨粒。油液中较大的金属磨粒会使机械设备存在安全隐患，监测在润滑油中金属磨粒的大小和数量可以掌握设备的运行情况，可以对设备展开针对性的维修，对提高机械设备的安全性有重要的作用。国内外都对油液中金属磨粒监测技术进行了研究，其中传感器的研究制作是油液中金属磨粒监测技术研究非常重要的一个环节。然而目前国内的油液中金属磨粒监测技术仍处于理论研究较多、实证研究较少的状态。并且在国外有Matel SCAN等成熟传感器产品的情况下，国内并没有较为完善的油液中金属磨粒检测传感器产品。
　　本文首先分析了油液中金属颗粒检测技术的国内外研究现状以及发展趋势。然后针对润滑油中金属磨粒检测传感器展开了研究与设计。本文采用双激励螺旋管式传感器的结构，对该结构进行了理论性的分析研究。应用COMSOL Multiphysics软件建立了有限元模型，仿真了金属颗粒通过传感器线圈的过程中传感器线圈的磁场变化，并且对比分析了传感器的性能影响参数。考虑线圈匝数、线圈填充系数和激励线圈的输入电压等因素，应用COMSOL Multiphysics软件建立该传感器的二维轴对称有限元模型。并对有限元模型的建模、材料选择、物理场选择、网格划分、求解器设置以及结果后处理等仿真实验步骤进行了详细的介绍。对不同参数下激励线圈产生的磁场、线圈中穿过金属粒子时磁场的变化以及传感器的性能进行了仿真研究。仿真过程中考虑到金属粒子在传感器径向位置不同时也会影响传感器的检测结果，本文又建立了三维模型进行仿真实验，得到了径向位置为影响因素时传感器的误差。最终经过仿真得到较为合适的传感器模型，从而确定线圈的匝数、匝数比、窗口结构等重要参数，为在线金属磨粒监测系统的传感器分析了可行性，提供了传感器实物研究制作的理论依据并基本确定了传感器的参数。最后在理论研究和仿真分析研究的基础上，设计了传感器的结构和初步前置放大电路，对输出信号进行初步的处理放大。
　　由于最终选择的激励电源为220V、2500Hz的交流电源，实验室目前未完成该电源的制作，所以本文中研究的金属粒子传感器处于设计阶段，未进行传感器实物实验，仍需继续研究。

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第一章 绪 论

1.1 油液监测技术

1.2 国内外的研究现状与发展趋势

1.3 本课题的研究目的和目标

1.4 本文所做的主要工作

第二章 传感器检测原理

2.1 常用的传感器检测原理

2.2 传感器的数学模型

2.3 有限元仿真软件的选择

2.4 COMSOL有限元仿真分析过程

第三章 二维轴对称模型和三维模型的建立

3.1 二维轴对称模型

3.2 基于有限元软件的传感器三维仿真

第四章 传感器仿真结果及分析

4.1 二维轴对称模型仿真结果

4.2 三维模型仿真结果

4.3 本章小结

第五章 传感器的设计

5.1 传感器的结构设计

5.2 前端调理模拟电路设计

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 进一步研发设想

6.3 心得体会

参考文献

致谢

附录