一种滑油金属屑参数检测方法与流程

1.本发明属于轴承、齿轮润滑油路监测技术领域，具体涉及一种滑油金属屑参数检测方法。


背景技术：

2.滑油金属屑传感器是利用电磁感应原理，通过铁磨粒的引入，导致磁场的变化，使传感器的次级线圈感应压差发生变化，从而感应铁磨粒的大小。利用铁磨粒传感器即可对机器磨损程度进行判断。
3.滑油金属屑传感器包括三个内部线圈，两端为激励线圈，中间为感应线圈。激励线圈绕向相反且电感大小一致，当受到一固定频率的交流电压激励后会产生一组大小相等且磁极相反的磁场，故在中间位置两个磁场刚好相互抵消。真实的传感器左右激励线圈无法做到完全对称，会在传感器输出中激励出150mv～500mv,频率100khz的残余电压信号。即：滑油金属屑传感器输出信号由2个微弱同频调制信号叠加形成，包括：1颗金属颗粒通过时调制信号，频率100khz左右，峰值50～500uv；传感器激励线圈不对称引起残余调制信号，频率100khz左右，峰值150～500mv。
4.目前已有的《三线圈电感式滑油磨屑传感器检测电路设计》中描述，使用i na128仪表运放进行放大，使用二极管和opa228进行信号解调，文档中未描述传感器输出信号特征，比如200um
‑
500um颗粒通过时产生的电压大小等信息，而通过实际检测和多篇科技文献的查阅(《一种无接触铁磨粒测量传感器的优化设计》、《基于ansys的在线屑末传感器特性研究》)，对于如此小颗粒的传感器检测，传感器输出信号必然非常微弱且叠加有残余信号，并且残余信号是客观存在的，无法忽略的，残余信号峰值电压远大于颗粒信号峰值，使用简单的仪表放大和二极管构成的精密检波器远远不能满足实际工程需求。第二种“一种动力传动系统滑油金属屑参数检测方法”，利用极值捕获原理解调传感器输出信号，这种方法没有考虑传感器输出信号的微弱特征和传感器激励线圈不平衡引入的残余信号，不能满足实际工程需求。
5.因此需要一种既能放大金属屑微弱电压信号，又能滤除外部干扰和传感器残余调制信号的滑油金属屑传感器调理方法。特别是滤除传感器残余调制信号，能够显著降低传感器加工要求。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提出一种滑油金属屑参数检测方法，在线实时监测动力传动系统中滑油金属屑数量、大小等参数的累积状态，来分析动力传动系统的健康状况，以便于采取主动的维修措施来确保系统的可靠运行。
7.为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
8.一种滑油金属屑参数检测方法,包括以下步骤：
9.步骤1
‑
1：通过激励信号发生单元向滑油金属屑传感器输入激励信号，并收集所述
传感器的输出信号；对所述输出信号采用带通滤波的方法进行去噪处理，得到滤波后传感器信号；
10.步骤1
‑
2：利用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对所述滤波后传感器信号进行解调放大并滤除不平衡残余信号，得到处理后的传感器信号；所述处理后的传感器信号的电压在模数采集器的量程内；
11.将所述处理后的传感器信号进行采集，并转换为数字量信号，采集频率fs由滑油流速qv、传感器内径尺寸d和传感器线圈有效长度l确定，即满足：fs＝(5～10)/t，
12.步骤1
‑
3：根据所述数字量信号，利用铁磁和非铁磁颗粒通过传感器的不同特性，识别出颗粒类别并计算颗粒大小；
13.步骤1
‑
4：按颗粒类别对颗粒大小进行累计叠加，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，结合动力传动系统中被测齿轮和轴承特征得出系统磨损状态。
14.进一步的，所述激励信号为正弦波信号或三角波信号经滤波和驱动后产生。
15.进一步的，所述处理后的传感器信号由以下步骤得到：
16.步骤2
‑
1：将所述滤波后传感器信号和解调用载波信号经乘法器后得到解调后信号；
17.步骤2
‑
2：对所述解调后信号通过高增益负反馈低通滤波器滤除所述传感器由于激励线圈的不对称引起的残余调制信号。
18.进一步的，所述高增益负反馈低通滤波器包括运算放大器和低通滤波器；所述运算放大器的一个输入端接入所述解调后信号；
19.输出端连接所述低通滤波器的输入端；
20.所述低通滤波器的输出端连接所述运算放大器的另一个输入端。
21.进一步的，所述步骤1
‑
3中，按照以下方法识别信号为铁磁颗粒信号或非铁磁颗粒信号：
22.标记在预定时间2t范围内，采集到信号的正最大值a
max
和负最小值a
min
及所在相对位置n
max
、n
min
及n
max
与n
min
之间零点位置n
zero
，如果满足以下条件，则判断此信号为铁磁颗粒信号或非铁磁颗粒信号：
23.信号的周期被囊括于所述qv所对应的周期；
24.信号的正半边与负半边时间长度差别不大于5％；
25.采集到信号的正最大值a
max
和负最小值a
min
的绝对值差别不大于10％。
26.进一步的，所述步骤1
‑
3中，判断铁磁颗粒或非铁磁颗粒的方法为：
27.如n
max
大于n
min
则此信号为铁磁颗粒；
28.如n
max
小于于n
min
则此信号为非铁磁颗粒。
29.采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
30.本发明使用调幅解调原理，并在解调器后使用滤波器和高倍放大器结合的“高增
益负反馈带通滤波器”，既滤除了左右激励线圈不完全对称产生的150～500mv交流信号，同时又对金属颗粒通过时调制产生的50～500uv交流信号进行有效放大和解调。
31.本发明的有益效果可以通过以下二点说明：
32.采用带通滤波器对传感器输出信号进行去噪处理，能够削弱传感器输出信号中干扰，特别是由于振动引起的干扰；
33.采用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对信号进行解调能够较好的还原颗粒信息，再通过判断信号有效的三个条件可以减小噪音引起误判，提高了系统的可信度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
35.图1为本发明具体实施方式中滑油金属屑参数检测方法的功能原理框图；
36.图2为本发明具体实施方式中传感器激励信号(以正弦为例)示意图；
37.图3为铁磁颗粒经过时传感器的输出信号示意图；
38.图4为非铁磁颗粒经过时传感器的输出信号示意图；
39.图5为铁磁颗粒经过时传感器的输出信号解调放大采集结果对比图，其中上方为未解调铁磁颗粒对应信号，下方为解调后信号；
40.图6为非铁磁颗粒经过时传感器的输出信号捕获采集结果对比图；其中上方为未解调非铁磁颗粒对应信号，下方为解调后信号；
41.图7为本发明具体实施方式中的高增益负反馈带通滤波器。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
43.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
45.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构
想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
46.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
47.在本发明的一个实施例中，提出一种滑油金属屑参数检测方法,其实现电路如图1所示，包括以下步骤：
48.步骤1
‑
1：通过激励信号发生单元向滑油金属屑传感器输入激励信号，并收集传感器的输出信号；对输出信号采用带通滤波的方法进行去噪处理，得到滤波后传感器信号；
49.步骤1
‑
2：利用乘法器和高增益负反馈低通滤波器对滤波后传感器信号进行解调放大并滤除不平衡残余信号，得到处理后的传感器信号；处理后的传感器信号的电压在模数采集器的量程内；
50.将处理后的传感器信号进行采集，并转换为数字量信号，采集频率fs由滑油流速qv、传感器内径尺寸d和传感器线圈有效长度l确定，即满足：fs＝(5～10)/t，
51.步骤1
‑
3：根据数字量信号，利用铁磁和非铁磁颗粒通过传感器的不同特性，识别出颗粒类别并计算颗粒大小；
52.步骤1
‑
4：按颗粒类别对颗粒大小进行累计叠加，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，结合动力传动系统中被测齿轮和轴承特征得出系统磨损状态。
53.在本实施例中，激励信号为正弦波信号或三角波信号经滤波和驱动后产生。
54.进一步的，处理后的传感器信号由以下步骤得到：
55.步骤2
‑
1：将滤波后传感器信号和解调用载波信号经乘法器后得到解调后信号；
56.步骤2
‑
2：对解调后信号通过高增益负反馈低通滤波器滤除传感器由于激励线圈的不对称引起的残余调制信号。
57.在本实施例中，高增益负反馈低通滤波器包括运算放大器和低通滤波器；运算放大器的一个输入端接入解调后信号；
58.输出端连接低通滤波器的输入端；
59.低通滤波器的输出端连接运算放大器的另一个输入端。
60.在本实施例中，步骤1
‑
3中，按照以下方法识别信号为铁磁颗粒信号或非铁磁颗粒信号：
61.标记在预定时间2t范围内，采集到信号的正最大值a
max
和负最小值a
min
及所在相对位置n
max
、n
min
及n
max
与n
min
之间零点位置n
zero
，如果满足以下条件，则判断此信号为铁磁颗粒信号或非铁磁颗粒信号：
62.信号的周期被囊括于qv所对应的周期；
63.信号的正半边与负半边时间长度差别不大于5％；
64.采集到信号的正最大值a
max
和负最小值a
min
的绝对值差别不大于10％。
65.在本实施例中，步骤1
‑
3中，判断铁磁颗粒或非铁磁颗粒的方法为：
66.如n
max
大于n
min
则此信号为铁磁颗粒；
67.如n
max
小于n
min
则此信号为非铁磁颗粒。
68.以下为本实施例的步骤详解：
69.步骤1：激励信号发生单元用于产生传感器所需的正弦信号，其中cpu单元输出方波信号，经过滤波后产生正弦信号，再经过驱动后输出给传感器，信号如图2所示，传感器根据滑油中的颗粒信息感应出相应的输出信号，对输出信号采用带通滤波器进行去噪处理(其中带通滤波器中心频率为传感器激励信号频率)，输出结果如图3和图4所示；
70.步骤2：如图5
‑
图7所示，金属屑信号调理单元利用带通滤波器、乘法器和高增益负反馈低通滤波器对传感器输出信号进行解调放大，其中乘法器使用的解调用载波信号与传感器激励信号同频率正弦信号，相位差根据传感器特性进行适当调整，再将解调放大后的信号进行采集，转换为数字量信号；
71.步骤3：cpu处理单元根据传感器铁磁和非铁磁颗粒通过特性，结合采集到的数字信号，识别出颗粒类别并计算颗粒大小。具体方法为，标记在预定时间2t范围内(结合滑油流速qv、传感器内径尺寸d和传感器线圈有效长度l计算)，采集到信号的正最大值a
max
、负最小值a
min
及所在相对位置n
max
、n
min
、他们之间零点位置n
zero
，如果满足以下三个条件，则判断信号有效，
①
信号的周期(其中f
s
为采样频率)必须在流速所对应周期的范围内，
②
信号的正半边和负半边时间长度基本一致，
③
采集到信号的正最大值a
max
和负最小值a
min
的绝对值大小基本一致。再根据正最大值a
max
正比与颗粒大小，计算出颗粒大小，如果n
max
大于n
min
则为铁磁颗粒，否则为非铁磁颗粒。
72.步骤4：对收集到的颗粒信息进行统计分析，分别计算出铁磁颗粒总量和非铁磁颗粒总量，再结合被测齿轮、轴承特征给出系统磨损状态。
73.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。