油路磨粒检测方法和电路研究

摘要

旋转机械作为动力机械设备的心脏，因其常工作在高温、高速的恶劣环境，成为容易失效的部件，所以旋转机械运行状况直接决定了设备是否能正常的工作的关键指标。设备润滑油中包含了磨损过程中产生的金属磨粒，磨粒的数量、形状、成分、总质量等信息与旋转机械部件的运行状态以及磨损情况密切相关。通过对油液中金属磨粒的参数变化来判断机器的磨损状况，预测设备性能的发展趋势，预防故障事故的发生。因此，对润滑油中的金属磨粒进行检测与分析具有很重要的工程应用价值。
　　本论文根据依据润滑油中金属磨粒与电感线圈之间耦合关系，建立了三种数学模型，并由此设计了三种结构的在线型电感式磨粒监测传感器。当含有金属磨粒的润滑油流过该传感器时，电感线圈磁导率发生变化，引起感应线圈磁场扰动，并将磁场的变化转换为电信号，通过分析和提取此感应信号来确定通过传感器的金属磨粒的大小、数量与材料。由于电感式磨粒检测传感器对环境的噪声与振动的干扰很敏感，金属磨粒引起的感应信号容易被噪声与干扰所淹没。为了从严重混合的信号中提取微弱的感应信号，本文首先讨论了电感式磨粒检测系统的抗干扰处理，然后进行检测电路的研究。
　　针对三种电感式磨粒传感器的输出感应信号特征，分别进行了信号检测装置的设计，主要包括双路精密调相激励源、低噪声前置放大电路、精密整流电路、相位同步检波电路以及后级滤波放大电路的设计。在实验中，三螺管磨粒检测传感器对金属磨粒的检测分辨率200μm，并能通过感应信号的相位来判断磨粒的材质（铁磁性磨粒与非铁磁性磨粒的感应信号相位相反）。结合后端的A/D转换模块、DSP数据处理模块，统计与分析油路中的铁磁磨粒的含量，初步实现了判断旋转机械的磨损情况。

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第一章绪 论

1.1 油液磨粒监测技术的背景

1.2 油液磨粒监测的意义

1.3 油液磨粒监测技术的研究现状

1.4 本论文的研究内容

第二章电感式磨粒检测传感器模型构建与抗干扰处理

2.1 电感式磨粒检测传感器模型构建

2.2 抗干扰处理

2.3 本章小结

第三章电感式磨粒检测传感器测量方案

3.1 单螺管磨粒检测传感器的测量方案

3.2 双螺管磨粒检测传感器的测量方案

3.3 三螺管磨粒检测传感器的测量方案

3.4 本章小结

第四章电感式磨粒检测传感器详细电路图设计

4.1 双路精密调相激励源设计

4.2 前置放大电路设计

4.3 精密整流电路

4.4 相位同步检波电路

4.5 滤波放大电路

4.6 本章小结

第五章电感式磨粒检测传感器的实验与分析

5.1 油路循环的实验平台

5.2 单螺管磨粒检测传感器的实验与分析

5.3 双螺管磨粒检测传感器的实验与分析

5.4 三螺管磨粒检测传感器的实验与分析

5.5 本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果