專(zhuān)利名稱(chēng)：快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒的裝置和檢測(cè)方法以及信號(hào)處理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種鐵元素的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置以及信號(hào)處理電路，特別是一種快 速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒的裝置和檢測(cè)方法以及信號(hào)處理電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械動(dòng)力零部件主要是以鐵質(zhì)材料為基礎(chǔ)制成的，而在使用中，這 部分零件往往需要比一般零部件具有較高的機(jī)械性能，目前，這種性能主要通過(guò)材料表面 處理而得到，這樣就出現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，即是往往該部件表面比較致密、硬度比較高、耐磨性能 好，含碳量、鐵的氧化物的比重較大；而越往里則剛好相反，顆粒相對(duì)較大、材質(zhì)相對(duì)較軟， 耐磨性能差、碳和鐵氧化物含量較低，而鐵單質(zhì)比重呈逐漸增大，而且顆粒也較大，這給機(jī) 械故障診斷提供了重要的信息。在機(jī)械傳動(dòng)中經(jīng)常會(huì)使用到潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油好比機(jī)械設(shè)備 的血液，而所有摩擦副產(chǎn)生磨損顆粒都會(huì)流入潤(rùn)滑油中，從而使得潤(rùn)滑油變成了機(jī)械磨損 信息的載體，通過(guò)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的鐵磁性磨粒，根據(jù)鐵磁顆粒的多少、大小進(jìn)行分析可得知機(jī) 器的磨損狀況，預(yù)知機(jī)器的運(yùn)行狀況和發(fā)現(xiàn)故障隱患。目前對(duì)潤(rùn)滑油鐵磨粒的檢測(cè)手段很多，比如鐵譜分析、光譜分析、顆粒計(jì)數(shù)器等 等。(1)、鐵譜分析技術(shù)是利用高梯度的磁場(chǎng)，將油內(nèi)磨屑顆粒與油液及雜質(zhì)分離，并使其按 一定規(guī)律，沉積在置于磁場(chǎng)上方的玻璃片上，形成譜片，再利用光學(xué)顯微系統(tǒng)對(duì)譜片上的磨 屑進(jìn)行大小、形狀、色澤、表面紋理等的觀察，再對(duì)磨損類(lèi)型進(jìn)行鑒別和分類(lèi)。它的特點(diǎn)是能 觀測(cè)到磨粒的尺寸、形貌、顏色等，但需要樣品預(yù)處理，檢測(cè)周期長(zhǎng)，工序流程復(fù)雜，條件要 求較高，而且操作人員需要具備一定素質(zhì)及經(jīng)驗(yàn)，不利于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。(2)、光譜分析是 利用每個(gè)元素都有其特有的原子結(jié)構(gòu)的事實(shí)。當(dāng)原子吸收到附加的能量時(shí)，其核外電子就 會(huì)從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)的軌道上去，這時(shí)的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，原子由不穩(wěn)定狀態(tài)返 回穩(wěn)定狀態(tài)要釋放一定頻率的電磁波能量，每種元素發(fā)出特有波長(zhǎng)的光或顏色。將輻射出 的光經(jīng)過(guò)色散，得到按波長(zhǎng)排列的線光譜，根據(jù)特征譜線有無(wú)出現(xiàn)判斷某物質(zhì)是否存在，根 據(jù)特征譜線的強(qiáng)弱判斷該物質(zhì)含量的多少。它的特點(diǎn)是可在30秒鐘內(nèi)精確分析出油液中 近20種(最多可達(dá)32種)元素的(PPM級(jí))含量，可分析潤(rùn)滑油和液壓油中的各種磨損金 屬元素Fe、Cu、Al、Pb，添加劑元素S、P、Ca、Ba和外界污染元素Si的濃度。但是，它的體積 笨重、龐大，檢測(cè)費(fèi)用昂貴。(3)、顆粒計(jì)數(shù)器的基本原理是利用用樣流過(guò)毛細(xì)管，在毛細(xì)管 的一側(cè)裝有激光光源，另一側(cè)裝的有光學(xué)放大系統(tǒng)，和圖像傳感器，當(dāng)油樣有磨粒流過(guò)時(shí)， 磨粒在傳感器上成像，根據(jù)成像的尺寸大小和脈沖次數(shù)便可以獲知磨粒的尺寸的大小和個(gè) 數(shù)，它的不足之處是不能檢出粒徑的材質(zhì)，潤(rùn)滑油中往往含有不同的顆粒種類(lèi)，比如碳粒、 油泥和各種氧化物等，而且體積龐大，顆粒計(jì)數(shù)器只能識(shí)別大小和數(shù)目，不能反應(yīng)鐵磨粒的 多少。上述這些方法通常僅僅適合于實(shí)驗(yàn)室分析用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的潤(rùn)滑油中鐵磨粒檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種 簡(jiǎn)單、可行，且分析速度快、成本低廉的檢測(cè)方法和裝置，解決了上述技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是一種快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒含量 的裝置和檢測(cè)方法該方法為在一個(gè)具有交變磁場(chǎng)的激勵(lì)線圈兩端等距離位置處分別設(shè)置 有一個(gè)檢測(cè)線圈和一個(gè)平衡線圈，將測(cè)試樣品靠近其中一個(gè)磁感線圈，檢測(cè)兩個(gè)磁感線圈 感應(yīng)信號(hào)，并對(duì)感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行積分和放大，通過(guò)兩個(gè)信號(hào)的差值推算被測(cè)樣品中含有鐵磁 磨粒的多少。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的檢測(cè)裝置，包括一個(gè)具有交變磁場(chǎng)的激勵(lì)線圈、一個(gè)檢測(cè)線 圈和一個(gè)平衡線圈、一個(gè)檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)和檢測(cè)信號(hào)處理電路，兩個(gè)磁感線圈分別設(shè)置在激勵(lì)線 圈兩端等距離處，其中一個(gè)磁感線圈為感應(yīng)線圈，另一個(gè)磁感線圈為平衡線圈，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)靠 近感應(yīng)線圈設(shè)置，感應(yīng)線圈和平衡線圈分別輸出感應(yīng)信號(hào)給檢測(cè)信號(hào)處理電路?！N用于上述方法的微弱信號(hào)處理電路，該電路包括檢測(cè)電橋、采樣保持器、比較 器、直流放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，兩個(gè)磁感線圈分別輸出感應(yīng)信號(hào)至檢測(cè)電橋進(jìn)行檢 測(cè)，檢測(cè)電橋輸出檢測(cè)信號(hào)給采樣保持器進(jìn)行信號(hào)保持，采樣保持器分別輸出兩個(gè)磁感線 圈感應(yīng)信號(hào)的保持信號(hào)給比較器進(jìn)行比較，比較器將信號(hào)比較結(jié)果輸出給直流放大器進(jìn)行 信號(hào)放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括所述的交變磁場(chǎng)的變換頻率為IKHz 5KHz。所述的磁芯采用柱形鐵芯上繞上激勵(lì)線圈形成，給激勵(lì)線圈通入變換的激勵(lì)信 號(hào)，使其產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。所述的激勵(lì)信號(hào)為正弦信號(hào)。所述的激勵(lì)線圈、平衡線圈和檢測(cè)線圈豎直排列，感應(yīng)線圈和平衡線圈分別設(shè)置 在激勵(lì)線圈上下兩端等距離處，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)水平設(shè)置；所述的檢測(cè)裝置還包括有基座和蓋板， 蓋板設(shè)置在基座上，磁芯固定安裝在蓋板上，感應(yīng)線圈設(shè)置在蓋板上方，平衡線圈設(shè)置在蓋 板下方，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在感應(yīng)線圈上方。所述的基座內(nèi)固定安裝有電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的作用是輔助將樣 品和參考標(biāo)樣分別輸送至傳感器進(jìn)行檢測(cè)和比較，使測(cè)量減少干擾和認(rèn)為放置產(chǎn)生的位置誤差。所述的基座上設(shè)有用于顯示檢測(cè)結(jié)果的顯示裝置，檢測(cè)信號(hào)處理電路。所述的基座內(nèi)設(shè)有變壓器，給電機(jī)和檢測(cè)信號(hào)處理電路供電。所述的電路還包括一個(gè)振蕩器。所述的檢測(cè)電橋包括兩個(gè)并聯(lián)的橋臂，一個(gè)橋臂包括依次串聯(lián)連接的電阻R23、電 位器VRl和電阻R33 ；另一個(gè)橋臂包括依次串聯(lián)連接的電阻R24、電位器VR2和電阻R34 ；兩個(gè) 線圈分別連接在兩個(gè)橋臂的公共節(jié)點(diǎn)處，電位器VR2兩端分別輸出兩個(gè)線圈的感應(yīng)信號(hào)。所述的采樣保持器分別采用四個(gè)采樣保持器對(duì)兩個(gè)線圈檢測(cè)信號(hào)的正負(fù)峰值進(jìn) 行采樣保持，四個(gè)采樣保持器由觸發(fā)電路控制。所述的觸發(fā)電路包括基準(zhǔn)電路、兩個(gè)比較電路和兩個(gè)穩(wěn)壓管，基準(zhǔn)電路輸出基準(zhǔn) 信號(hào)至兩個(gè)比較電路的反向輸入端，檢測(cè)電橋輸出的感應(yīng)信號(hào)直接連接在第一個(gè)比較電
4路的同相輸入端，檢測(cè)電橋輸出的感應(yīng)信號(hào)通過(guò)反向后連接在第二個(gè)比較電路的同相輸入 端，兩個(gè)比較電路的輸出端上分別連接有一個(gè)穩(wěn)壓管，第一個(gè)比較電路輸出觸發(fā)控制信號(hào) 分別給兩個(gè)保持檢測(cè)信號(hào)正峰值的采樣保持器，第二個(gè)比較電路輸出觸發(fā)控制信號(hào)分別給 兩個(gè)保持檢測(cè)信號(hào)負(fù)峰值的采樣保持器。所述的采樣保持器分為四路，每路包括兩個(gè)運(yùn)算放大器，線圈檢測(cè)信號(hào)輸入第一 個(gè)放大器的同相輸入端，第一個(gè)放大器的反向輸入端通過(guò)一個(gè)電阻與第二個(gè)放大器的同相 輸入端連接，第一個(gè)放大器的輸出端與第二個(gè)放大器的同相輸入端之間串聯(lián)有一個(gè)第一二 極管，第一個(gè)放大器的反向輸入端與第一個(gè)放大器的輸出端之間串聯(lián)有一個(gè)第二二極管， 第二個(gè)放大器的輸出端反饋信號(hào)至第二個(gè)放大器的反向輸入端；采樣保持器保持檢測(cè)信號(hào) 正峰值時(shí)，第一二極管正極和第二二極管負(fù)極分別與第一個(gè)放大器的輸出端連接；采樣保 持器保持檢測(cè)信號(hào)負(fù)峰值時(shí)，第一二極管負(fù)極和第二二極管正極分別與第一個(gè)放大器的輸 出端連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用電磁感應(yīng)法用于定量檢測(cè)潤(rùn)滑油中磨屑性能優(yōu) 越。其采用變壓器形的電磁傳感器，通過(guò)檢測(cè)沉積的鐵磨屑引起的空間磁場(chǎng)改變?cè)斐呻姶?傳感器參數(shù)的改變進(jìn)行檢測(cè)?？勺匀慌懦氰F磁污染物帶來(lái)的影響，可達(dá)到較高的線性度。 而且本發(fā)明還創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)了非檢測(cè)狀態(tài)下兩端的感應(yīng)線圈保證完全一致，取得平衡。本 發(fā)明以簡(jiǎn)潔的處理流程、低要求的元件、廉價(jià)的成本實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的信號(hào)處理。本發(fā)明以 一種不增加有用信號(hào)白噪音的方法進(jìn)行調(diào)相調(diào)幅，以此為信號(hào)處理流程前級(jí)；以一種提取 交流有用信號(hào)特征值的方法將有用參量變換為直流信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，以此為信號(hào)處理流程中 段；以一種直流有用信號(hào)和交流噪音的差異化放大器作為后級(jí)極大地消除來(lái)自芯片的白噪 音、空間電磁場(chǎng)的影響，以此為信號(hào)處理流程后級(jí)。本發(fā)明以阻抗匹配法實(shí)現(xiàn)無(wú)源調(diào)相調(diào) 幅，不會(huì)產(chǎn)生白噪音影響交流有用信號(hào)。由于組成有源電路所用的芯片本身會(huì)產(chǎn)生白噪音， 由前級(jí)芯片引入白噪音后經(jīng)過(guò)后級(jí)放大便會(huì)產(chǎn)生新的疊加在交流有用信號(hào)的干擾，且白噪 音包含各種頻率的噪音信號(hào)，因此很難再完全去除其對(duì)有用信號(hào)的影響。本發(fā)明在兩路交 流有用信號(hào)的初級(jí)不使用有源電路進(jìn)行調(diào)整相位調(diào)整幅值的動(dòng)作，以免引入白噪音，采用 一種更有效的信號(hào)處理流程來(lái)達(dá)到更好的效果。調(diào)相調(diào)幅完成后兩路初始信號(hào)在相位和幅 值上相同，此時(shí)再通過(guò)峰值采樣電路將交流有用信號(hào)的有用參量波峰或波谷以直流幅值 信號(hào)的形式進(jìn)行保護(hù)；經(jīng)過(guò)峰值采樣后，有用信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍问?，完全區(qū)別于芯片產(chǎn)生的 白噪音及來(lái)自空間磁場(chǎng)的干擾，此時(shí)通過(guò)差分電路得出檢測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值；再經(jīng) 過(guò)直流放大器對(duì)差分后信號(hào)的放大，對(duì)交流信號(hào)的抑制便能達(dá)到良好的信號(hào)處理效果；最 后直流有用信號(hào)經(jīng)過(guò)穩(wěn)恒濾波作用使其輸出更穩(wěn)定，信號(hào)調(diào)理至此完成。本發(fā)明采用一種 用于微弱信號(hào)檢測(cè)的電路，使其在較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式下盡可能地摒除存在的干擾(如白噪 音、溫漂、初始狀態(tài)的相位差、幅值差、電磁場(chǎng)影響等等)，使微弱的有用信號(hào)得以準(zhǔn)確檢測(cè) 及放大。本發(fā)明盡可能快地將微弱信號(hào)送入安全區(qū)域，采用有用信號(hào)與干擾信號(hào)差異化，差 異化后的干擾信號(hào)與有用信號(hào)一抑一揚(yáng)，完成信號(hào)篩選。從而獲得對(duì)信號(hào)的優(yōu)化效果。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明電路方框圖。圖3為本發(fā)明振蕩器部分電路原理圖。圖4為本發(fā)明檢測(cè)電橋部分電路原理圖。圖5為本發(fā)明采樣保持電路實(shí)施例一電路原理圖。圖6為本發(fā)明觸發(fā)電路電路原理圖。圖7為本發(fā)明采樣保持電路實(shí)施例二電路原理圖。圖8為本發(fā)明比較器和直流放大器部分電路原理圖。圖中，1-基座，2-激勵(lì)線圈，3-感應(yīng)線圈，4-平衡線圈，5-蓋板，6-圓環(huán)，7-轉(zhuǎn)盤(pán)， 8-電機(jī)，9-顯示器，10-變壓器。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近 似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。請(qǐng)參看附圖1，本發(fā)明的主要部件為一個(gè)激勵(lì)線圈2，由激勵(lì)線圈2產(chǎn)生一個(gè)交變 磁場(chǎng)，本實(shí)施例中，激勵(lì)線圈2中間為一個(gè)磁芯，磁芯采用柱狀鐵芯(鐵芯材料可選用塞鋼 等材料)磁芯上纏繞線圈構(gòu)成激勵(lì)線圈2，當(dāng)給激勵(lì)線圈通入交變電流時(shí)，激勵(lì)線圈2即會(huì) 產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，本實(shí)施例中，優(yōu)選的采用頻率為IKHz 5KHz的正弦信號(hào)作為交變電流，使 激勵(lì)線圈2產(chǎn)生一個(gè)頻率為IKHz 5KHz的交變磁場(chǎng)。激勵(lì)線圈2兩端等距離處，分別設(shè)有 一個(gè)線圈，其中一個(gè)作為檢測(cè)線圈3，另一個(gè)作為平衡線圈4，檢測(cè)線圈3和平衡線圈4阻 抗相等。由于在激勵(lì)線圈2的兩端附近，會(huì)出現(xiàn)相同分布的發(fā)散磁場(chǎng)，檢測(cè)線圈3和平衡線 圈4與激勵(lì)線圈2同軸排列，且在激勵(lì)線圈2兩端等距離的對(duì)稱(chēng)位置上，理論上會(huì)感應(yīng)出兩 個(gè)相等的信號(hào)?？拷鼨z測(cè)線圈3—端設(shè)有一個(gè)測(cè)試平面，如果沒(méi)有將被測(cè)油樣(或被測(cè)油 樣中鐵磁磨粒含量為零)從測(cè)試平面靠近檢測(cè)線圈時(shí)，兩線圈輸出相等，即差異為零；如將 含有鐵磁磨粒的被測(cè)油樣靠近檢測(cè)線圈時(shí)，油樣中存在鐵磁磨粒，由于鐵磁磨粒具有小磁 矩的作用，使得磁路和磁場(chǎng)重新建立，達(dá)到一個(gè)新的平衡體系，即鐵磁性物質(zhì)導(dǎo)致激勵(lì)線圈 2靠近檢測(cè)線圈3 —端的發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生變形，中央磁場(chǎng)增強(qiáng)，這樣就使得檢測(cè)線圈3產(chǎn)生的 感應(yīng)信號(hào)比平衡線圈4產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)要大，從而導(dǎo)致兩個(gè)線圈的輸出不平衡，從而使檢 測(cè)線圈3和平衡線圈4之間的輸出信號(hào)產(chǎn)生差異，經(jīng)過(guò)將這個(gè)差異信號(hào)比較放大、整形和積 分等相關(guān)的換算，就可以表征出鐵磨粒的鐵磁性大小，通過(guò)對(duì)此信號(hào)大小的識(shí)別，可計(jì)算出 試樣中的鐵磁性物質(zhì)的含量，即用兩個(gè)線圈感應(yīng)信號(hào)的差異表征出被檢測(cè)樣品鐵磁磨粒含 量。本發(fā)明中，重點(diǎn)在于鐵磁性磨粒的檢測(cè)方法，由于用兩個(gè)線圈感應(yīng)信號(hào)的差異表征出被 檢測(cè)樣品鐵磁磨粒含量的因素較多，比如檢測(cè)線圈3和平衡線圈4距離激勵(lì)線圈的距離遠(yuǎn) 近、激勵(lì)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度、測(cè)試平面距離檢測(cè)線圈3的遠(yuǎn)近等等，所以，很難形成一個(gè)定量 的關(guān)系，但是，由于上述因素一旦固定，則潤(rùn)滑油中的鐵磁性磨粒含量的多少，與檢測(cè)線圈3 和平衡線圈4感應(yīng)信號(hào)的差異的大小即成線性關(guān)系，所以，一個(gè)固定檢測(cè)裝置初始時(shí)，任何 一個(gè)技術(shù)人員可以通過(guò)有限次的實(shí)驗(yàn)確定檢測(cè)線圈3和平衡線圈4感應(yīng)信號(hào)的差異與鐵磁 性磨粒含量之間的函數(shù)關(guān)系。本發(fā)明中將主要部件安裝在基座1內(nèi)，形成一個(gè)整體的檢測(cè)裝置?；?頂部設(shè)
6有蓋板5，激勵(lì)線圈2安裝在蓋板5上，本實(shí)施例中，為了使用方便，激勵(lì)線圈2豎直設(shè)置， 且激勵(lì)線圈2通過(guò)一個(gè)帶缺口的圓環(huán)6固定安裝在蓋板5上。本實(shí)施例中，檢測(cè)線圈3設(shè) 置在蓋板5上方，平衡線圈4設(shè)置在下方，檢測(cè)線圈3和平衡線圈4相對(duì)于激勵(lì)線圈2等距 離對(duì)稱(chēng)設(shè)置。蓋板5上方安裝有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)7，轉(zhuǎn)盤(pán)7即為測(cè)試平面，基座1內(nèi)固定安裝有電 機(jī)8，由電機(jī)8帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)7轉(zhuǎn)動(dòng)。基座1內(nèi)固定安裝有變壓器10，通過(guò)變壓器10可將交流 市電轉(zhuǎn)換成需要的電壓，給電機(jī)8和其他電路部分供電?；?外側(cè)設(shè)有一個(gè)顯示器9，可 用于顯示測(cè)量數(shù)值，顯示器9可采用數(shù)碼管或液晶顯示屏等。 請(qǐng)參看附圖2，本發(fā)明中的電路主要包括振蕩器、傳感器、檢測(cè)電橋、采樣保持器、 比較器、直流放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)。請(qǐng)參看附圖3，本實(shí)施例中，振蕩器是由DDS信 號(hào)發(fā)生器IC4和運(yùn)算放大器IC6A、運(yùn)算放大器IC6B、運(yùn)算放大器IC7A、運(yùn)算放大器IC7B以 及功率放大器IC5及外圍電阻電容組成的振蕩電路，本實(shí)施例中，振蕩電路產(chǎn)生的正弦波 信號(hào)的振蕩頻率為ΙΚΗζ，具體實(shí)施時(shí)，也可通過(guò)調(diào)節(jié)電路參數(shù)，而改變其振蕩頻率，使其范 圍保持在IKHz 5KHz之間。請(qǐng)參看附圖4，本實(shí)施例中，傳感器采用兩個(gè)電感量相等的電 磁線圈，其中一個(gè)作為檢測(cè)線圈La，一個(gè)作為平衡線圈Lb，檢測(cè)電橋?yàn)橐粋€(gè)不平衡狀態(tài)的 電感電橋，檢測(cè)電橋包括串聯(lián)的電阻R23和電阻R33，電阻R23和電阻R33之間串聯(lián)有一個(gè) 電位器VRl，為第一橋臂，本實(shí)施例中，電阻R23和電阻R33采用精密電阻，電位器VRl采用 精密多圈電位器。與第一橋臂并聯(lián)有第二橋臂，第二橋臂包括串聯(lián)的電阻R24和電阻R34， 電阻R24和電阻R34之間串聯(lián)有一個(gè)電位器VR2，本實(shí)施例中，電阻R24和電阻R34采用精 密電阻，電位器VR2采用精密多圈電位器，電阻R24和電阻R34形成的支路與電阻R23和電 阻R33形成的支路并聯(lián)連接成一個(gè)回路。這個(gè)電路回路通過(guò)電位器VRl和電位器VR2的滑 動(dòng)端分成兩部分，兩部分分別與檢測(cè)線圈La和連接平衡線圈Lb連接，其中檢測(cè)線圈La輸 出信號(hào)為S-org，平衡線圈Lb輸出信號(hào)為B-org。電位器VR2和電阻R34的公共端上，連 接有基準(zhǔn)信號(hào)Base，電位器VR2和電阻R24的公共端上，連接有傳感器輸出信號(hào)Sense。通 過(guò)調(diào)節(jié)電位器VR1，可以確保兩個(gè)電阻橋臂阻值相等，從而調(diào)節(jié)檢測(cè)線圈La和平衡線圈Lb 在工作時(shí)輸出的信號(hào)幅值相等；通過(guò)調(diào)節(jié)電位器VR2，可以確保兩個(gè)電阻橋臂阻值相等，從 而調(diào)節(jié)檢測(cè)線圈La和平衡線圈Lb在工作時(shí)輸出的信號(hào)相位一致。本實(shí)施例中，調(diào)幅調(diào)相 通過(guò)阻抗匹配法使兩個(gè)信號(hào)回路的初態(tài)相位保持一致，再通過(guò)分壓使初態(tài)幅值相等，信號(hào) 相位調(diào)節(jié)，即能使信號(hào)超前/滯后于原始相角；幅值調(diào)節(jié)，即能控制最終信號(hào)的輸出大?。?相位、幅值獨(dú)立調(diào)節(jié)，即信號(hào)的相位與幅值調(diào)節(jié)不會(huì)相互干擾。請(qǐng)參看附圖5，本實(shí)施例中， 采樣保持電路包括采樣保持芯片IC8、采樣保持芯片IC9、采樣保持芯片IClO和采樣保持芯 片ICll以及外圍電阻電容構(gòu)成，四個(gè)采樣保持芯片相互獨(dú)立設(shè)置，分別對(duì)檢測(cè)線圈La和平 衡線圈Lb產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)的正負(fù)峰值進(jìn)行采樣保持。本實(shí)施例中，采樣保持芯片均采用型 號(hào)為L(zhǎng)F398的高精度采樣保持芯片。采樣保持電路由觸發(fā)電路控制觸發(fā)角。請(qǐng)參看附圖 6，本實(shí)施例中，觸發(fā)電路由基準(zhǔn)芯片IC13、運(yùn)算放大器IC14A、運(yùn)算放大器IC12A、運(yùn)算放大 器IC12B和電位器VR3、電位器VR4以及外圍電阻電容構(gòu)成，檢測(cè)電橋輸出信號(hào)與基準(zhǔn)芯片 IC13產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器IC12A、運(yùn)算放大器IC12B比較后，分別輸出給采樣保持芯 片的觸發(fā)端，其中，運(yùn)算放大器IC12A輸出給采樣保持芯片IC8和采樣保持芯片IC9，用于對(duì) 檢測(cè)線圈La和平衡線圈Lb產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)的正峰值信號(hào)的保持；運(yùn)算放大器IC12B輸出 給采樣保持芯片IClO和采樣保持芯片IC11，用于對(duì)檢測(cè)線圈La和平衡線圈Lb產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)的負(fù)峰值信號(hào)的保持?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整兩個(gè)電位器來(lái)調(diào)整觸發(fā)角。請(qǐng)參看附圖8，本實(shí) 施例中，運(yùn)算放大器IC17和運(yùn)算放大器IC18構(gòu)成比較電路，分別對(duì)檢測(cè)線圈La和平衡線 圈Lb產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較，本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器IC17和運(yùn)算放大器IC18采用型 號(hào)為INA105的精密增益差分放大器。本實(shí)施例中，直流放大器包括運(yùn)算放大器IC15A、運(yùn) 算放大器IC15B、運(yùn)算放大器IC14B和數(shù)字電位器IC16以及外圍電容電阻。通過(guò)比較電路 產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)直流放大器放大后，輸入給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括模數(shù) 轉(zhuǎn)換芯片IC20和外圍電阻電容組成，將直流放大器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入給單 片機(jī)進(jìn)行算法處理。直流放大器還包括一些起自動(dòng)補(bǔ)償作用的二極管電容電阻。上述實(shí)施例中，采樣保持電路由4個(gè)采樣保持器組成，并由觸發(fā)電路控制觸發(fā)角。 其為邏輯電平控制的采樣保持器實(shí)現(xiàn)形式。此種形式下，采樣保持器是一種用邏輯電平 控制其工作狀態(tài)的器件，它具有兩個(gè)工作狀態(tài)(1)跟蹤狀態(tài)，在此期間它盡可能快地接收 模擬輸入信號(hào)，并精確地跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止；(2)保持狀 態(tài)，對(duì)接收到保持指令前一瞬間的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行保持。除此之外，采樣保持電路還可以采用另一種形式。請(qǐng)參看附圖7，本實(shí)施例中，采樣 保持電路包括正峰值采樣電路和負(fù)峰值采樣電路。其中，正峰值采樣保持電路由運(yùn)算放大 器ICl和運(yùn)算放大器IC2兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，線圈檢測(cè)信號(hào)輸入運(yùn)算放大器ICl的同相 輸入端，運(yùn)算放大器ICl的反向輸入端通過(guò)一個(gè)電阻Rl與運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端連 接，運(yùn)算放大器ICl的輸出端與運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端之間串聯(lián)有一個(gè)二極管D1，二 極管Dl陽(yáng)極接運(yùn)算放大器ICl輸出端。運(yùn)算放大器ICl的反向輸入端與其輸出端之間串 聯(lián)有一個(gè)二極管D2，二極管D2陽(yáng)極接運(yùn)算放大器ICl的反向輸入端。運(yùn)算放大器ICl的 輸出端反饋信號(hào)至運(yùn)算放大器IC2的反向輸入端；負(fù)峰值采樣保持電路與正峰值保持電路 基本無(wú)異，不同之處在于，二極管D3、二極管D4方向與二極管D1、二極管D2相反。此種形 式下，采樣保持電路能夠自動(dòng)獲取交流信號(hào)的波峰或波谷幅值并進(jìn)行保持，由電容及電阻 完成自耗因而可以完成對(duì)下降的幅值進(jìn)行跟蹤，且單周期內(nèi)的衰減很小不會(huì)影響波形穩(wěn) 定時(shí)的特征參量數(shù)值。此種形式下，采樣保持電路能夠自動(dòng)獲取交流信號(hào)的波峰或波谷幅 值并進(jìn)行保持，由電容及電阻完成自耗因而可以完成對(duì)下降的幅值進(jìn)行跟蹤，且單周期內(nèi) 的衰減很小不會(huì)影響波形穩(wěn)定時(shí)的特征參量數(shù)值。此種形式下，采樣保持電路為自耗型峰 值保持電路。它具備兩個(gè)特征(1)它的輸出能在信號(hào)在波峰或波谷處無(wú)需電平控制自動(dòng) 保持同等大小的幅值，在下次波峰或波谷到達(dá)的時(shí)候盡量保持?jǐn)?shù)值(周期衰減小于0. 4% ) (2)若波峰或波谷改變后的值比原狀態(tài)的小，該電路能通過(guò)自耗在10個(gè)周期內(nèi)下降原數(shù)值 的4%，且最終降到現(xiàn)狀態(tài)的波峰或波谷值再保持該值輸出。本發(fā)明的方法極為上述裝置的使用方法，其采用振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為IKHz 5KHz的正弦信號(hào)為磁芯提供激勵(lì)信號(hào)，使其產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，然后通過(guò)檢測(cè)電橋?qū)⒏袘?yīng) 線圈和平衡線圈產(chǎn)生的信號(hào)輸出給采樣保持器，由采樣保持器將其轉(zhuǎn)換成峰值信號(hào)，直流 放大器對(duì)采樣保持器輸出的峰值信號(hào)進(jìn)行比較并輸出，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將直流放大器輸出的直 流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至單片機(jī)。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，并控制轉(zhuǎn)盤(pán)將油 液容器傳送到感應(yīng)線圈處。在正常情況下，即感應(yīng)線圈周?chē)鸁o(wú)鐵磁物質(zhì)時(shí)，比較器輸出為 零，當(dāng)含有鐵磁磨屑的容器置于感應(yīng)線圈上方時(shí)，傳感器兩端輸出不再平衡，此時(shí)經(jīng)過(guò)采樣 保持器輸出的峰值信號(hào)也將不再平衡，比較器輸出一與鐵磁磨屑含量成比例的直流信號(hào)經(jīng)
8轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理并由顯示器顯示結(jié)^ ο 本發(fā)明采用電磁感應(yīng)法用于定量檢測(cè)潤(rùn)滑油中磨屑性能優(yōu)越。其采用變壓器形 的電磁傳感器，通過(guò)檢測(cè)沉積磨屑引起的空間磁場(chǎng)改變?cè)斐呻姶艂鞲衅鲄?shù)的改變進(jìn)行檢 測(cè)?？勺匀慌懦逊e現(xiàn)象及污染物的影響，可達(dá)到較高的線性度。而且本發(fā)明還創(chuàng)造性的 實(shí)現(xiàn)了非檢測(cè)狀態(tài)下兩端的感應(yīng)線圈保證完全一致，取得平衡。本發(fā)明以簡(jiǎn)潔的處理流 程、低要求的元件、廉價(jià)的成本實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的信號(hào)處理。本發(fā)明以一種不增加有用信號(hào) 白噪音的方法進(jìn)行調(diào)相調(diào)幅，以此為信號(hào)處理流程前級(jí)；以一種提取交流有用信號(hào)特征值 的方法將有用參量變換為直流信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，以此為信號(hào)處理流程中段；以一種直流有用 信號(hào)和交流噪音的差異化放大器作為后級(jí)極大地消除來(lái)自芯片的白噪音、空間電磁場(chǎng)的影 響，以此為信號(hào)處理流程后級(jí)。本發(fā)明以阻抗匹配法實(shí)現(xiàn)無(wú)源調(diào)相調(diào)幅，不會(huì)產(chǎn)生白噪音 影響交流有用信號(hào)。由于組成有源電路所用的芯片本身會(huì)產(chǎn)生白噪音，由前級(jí)芯片引入白 噪音后經(jīng)過(guò)后級(jí)放大便會(huì)產(chǎn)生新的疊加在交流有用信號(hào)的干擾，且白噪音包含各種頻率的 噪音信號(hào)，因此很難再完全去除其對(duì)有用信號(hào)的影響。本發(fā)明在兩路交流有用信號(hào)的初級(jí) 不使用有源電路進(jìn)行調(diào)整相位調(diào)整幅值的動(dòng)作，以免引入白噪音，采用一種更有效的信號(hào) 處理流程來(lái)達(dá)到更好的效果。調(diào)相調(diào)幅完成后兩路初始信號(hào)在相位和幅值上相同，此時(shí)再 通過(guò)峰值采樣電路將交流有用信號(hào)的有用參量波峰或波谷以直流幅值信號(hào)的形式進(jìn)行保 護(hù)；經(jīng)過(guò)峰值采樣后，有用信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍问剑耆珔^(qū)別于芯片產(chǎn)生的白噪音及來(lái)自空間 磁場(chǎng)的干擾，此時(shí)通過(guò)差分電路得出檢測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值；再經(jīng)過(guò)直流放大器對(duì)差 分后信號(hào)的放大，對(duì)交流信號(hào)的抑制便能達(dá)到良好的信號(hào)處理效果；最后直流有用信號(hào)經(jīng) 過(guò)穩(wěn)恒濾波作用使其輸出更穩(wěn)定，信號(hào)調(diào)理至此完成。本發(fā)明采用一種用于微弱信號(hào)檢測(cè) 的電路，使其在較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式下盡可能地摒除存在的干擾(如白噪音、溫漂、初始狀態(tài) 的相位差、幅值差、電磁場(chǎng)影響等等)，使微弱的有用信號(hào)得以準(zhǔn)確檢測(cè)及放大。本發(fā)明盡可 能快地將微弱信號(hào)送入安全區(qū)域，采用有用信號(hào)與干擾信號(hào)差異化，差異化后的干擾信號(hào) 與有用信號(hào)一抑一揚(yáng)，完成信號(hào)篩選。從而獲得對(duì)信號(hào)的優(yōu)化效果。
權(quán)利要求
一種快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒含量的檢測(cè)方法，其特征是所述的方法為在一個(gè)具有交變磁場(chǎng)的激勵(lì)線圈兩端等距離位置處分別設(shè)有一個(gè)檢測(cè)線圈和一個(gè)平衡線圈，將被測(cè)樣品靠近檢測(cè)線圈，通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)兩個(gè)線圈感應(yīng)信號(hào)的差異，利用兩個(gè)線圈感應(yīng)信號(hào)的差異表征出被檢測(cè)樣品鐵磁磨粒含量。
2.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒含量的檢測(cè)方法的檢測(cè) 裝置，其特征是所述的裝置包括一個(gè)具有交變磁場(chǎng)的激勵(lì)線圈、一個(gè)檢測(cè)線圈和一個(gè)平衡 線圈、一個(gè)檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)和檢測(cè)信號(hào)處理電路，檢測(cè)線圈和平衡線圈分別設(shè)置在激勵(lì)線圈的磁 芯兩端等距離處，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)靠近感應(yīng)線圈設(shè)置，感應(yīng)線圈和平衡線圈分別輸出感應(yīng)信號(hào)給 檢測(cè)信號(hào)處理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征是所述的磁芯豎直設(shè)置，感應(yīng)線圈和平衡 線圈分別設(shè)置在磁芯上下兩端等距離處，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)水平設(shè)置；當(dāng)感應(yīng)線圈設(shè)置在磁芯上端 時(shí)，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在感應(yīng)線圈上方；當(dāng)感應(yīng)線圈設(shè)置在磁芯下端時(shí)，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在感應(yīng)線 圈下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的檢測(cè)裝置，其特征是所述的檢測(cè)裝置還包括有基座和 蓋板，蓋板設(shè)置在基座上，激勵(lì)線圈固定安裝在蓋板上，檢測(cè)線圈設(shè)置在蓋板上方，平衡線 圈設(shè)置在蓋板下方，檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在檢測(cè)線圈上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)裝置，其特征是所述的基座內(nèi)固定安裝有電機(jī)，電機(jī)驅(qū) 動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)裝置，其特征是所述的基座上設(shè)有用于顯示檢測(cè)結(jié)果 的顯示裝置，檢測(cè)信號(hào)處理電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)裝置，其特征是所述的基座內(nèi)設(shè)有變壓器，給電機(jī)和檢 測(cè)信號(hào)處理電路供電。
8.一種用于如權(quán)利要求1或2所述的快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒含量的檢測(cè)方法的微 弱信號(hào)處理電路，其特征是所述的電路包括檢測(cè)電橋、采樣保持器、比較器、直流放大器、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，檢測(cè)線圈和平衡線圈分別輸出感應(yīng)信號(hào)至檢測(cè)電橋進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè) 電橋輸出檢測(cè)信號(hào)給采樣保持器進(jìn)行信號(hào)保持，采樣保持器分別輸出兩個(gè)磁感線圈感應(yīng)信 號(hào)進(jìn)行差分比較，并將差值信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)算法處理并得出結(jié)果數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)處理電路，其特征是所述的電路還包括一個(gè)振蕩器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)處理電路，其特征是所述的檢測(cè)電橋包括兩個(gè)并聯(lián)的 橋臂，一個(gè)橋臂包括依次串聯(lián)連接的電阻R23、電位器VRl和電阻R33;另一個(gè)橋臂包括依次 串聯(lián)連接的電阻R24、電位器VR2和電阻R34;兩個(gè)線圈分別連接在兩個(gè)橋臂的公共節(jié)點(diǎn)處， 電位器VR2兩端分別輸出兩個(gè)線圈的感應(yīng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種快速檢測(cè)潤(rùn)滑油中鐵磁磨粒含量的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置以及信號(hào)處理電路，其采用類(lèi)變壓器型的電磁傳感器，通過(guò)檢測(cè)潤(rùn)滑油中由于鐵磁性磨粒引起的空間磁場(chǎng)分布改變而引起的電磁傳感器相關(guān)參數(shù)的改變來(lái)對(duì)潤(rùn)滑油中的鐵磁性物質(zhì)含量進(jìn)行檢測(cè)。可自然排除非鐵磁性污染物的影響，可達(dá)到較高的線性度，而且成本比較低，實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G01N15/06GK101963570SQ20101017555
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者林少明, 蔡宇恒, 鄭翔, 陸丕清, 馬天悅 申請(qǐng)人:深圳市亞泰光電技術(shù)有限公司