一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其通過過濾器衰減液壓油的壓力/流量脈動(dòng)，其采用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波器；通過機(jī)械離心、磁化吸附、起電吸附等技術(shù)將鐵磁質(zhì)微粒和非鐵磁質(zhì)微粒分離，以防止兩種微?；ハ喔蓴_影響檢測結(jié)果；通過顆粒聚合和旋轉(zhuǎn)磁場塑形增加顆粒粒徑并改變其形態(tài)，以提高檢測的靈敏度；通過改進(jìn)螺線管線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿其軸線方向的均勻性，以減少檢測誤差；采用兩個(gè)激勵(lì)線圈反向串聯(lián)，使位于兩者中央的感應(yīng)線圈處磁場相互抵消，從而構(gòu)造零磁場，保證磁通量變化較小時(shí)即可獲得很大的磁通量變化率，以提高檢測靈敏度，降低后續(xù)信號處理電路要求。
【專利說明】一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液壓油磨損微粒檢測方法，具體涉及一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自 適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，屬于液壓設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 磨損是機(jī)械零部件失效的主要因素之一，磨損微粒是監(jiān)測磨損過程以及診斷磨損 失效類型的最為直接的信息元。國內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)表明，液壓機(jī)械70%故障源自油液的顆 粒污染。因此，對油液中的金屬磨損微粒進(jìn)行在線監(jiān)測已成為減少磨損及液壓系統(tǒng)卡緊卡 澀故障的重要途徑之一。
[0003]電感式傳感器屬于非接觸測量方式，油液中所含金屬磨損微粒的材質(zhì)和數(shù)量使傳 感器等效電感發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)磨損微粒的在線監(jiān)測。中國發(fā)明專利第201310228772.6 號公開了一種油液金屬磨粒在線監(jiān)測系統(tǒng)，該油液金屬磨粒在線監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、微 處理器和電路，其傳感器為螺線管式電感傳感器。使用該系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測時(shí)，首先將兩個(gè) 相同的傳感器的激勵(lì)線圈并聯(lián)接入激勵(lì)交流信號發(fā)生器，將兩個(gè)感應(yīng)線圈反向串聯(lián)并與兩 個(gè)等阻值的大電阻接成交流電橋;然后使油液從其中一個(gè)傳感器的油路中通過。當(dāng)傳感器 中含有激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈的一個(gè)油路通過含有金屬磨粒的油液而另一個(gè)不通過時(shí)，金屬 磨粒影響傳感器的磁場強(qiáng)度，破壞電橋的平衡，感應(yīng)線圈輸出相應(yīng)幅值的交流電壓。輸出電 壓大小和金屬磨粒濃度大小成正比，油液中含有的金屬磨粒濃度越大，輸出電壓值越大。通 過系統(tǒng)處理模塊對輸出信號采集和處理，達(dá)到對油液金屬磨粒濃度在線監(jiān)測的目的。
[0004] 然而，上述監(jiān)測方法存在以下幾方面的不足：
[0005] 1.金屬磨損微粒流經(jīng)測試線圈時(shí)引起的磁場波動(dòng)十分微弱，檢測線圈的輸出結(jié)果 受微粒通過速度影響較大，管道中油液的壓力和流量波動(dòng)將嚴(yán)重影響電感法微粒檢測的有 效性和一致性。
[0006] 2.機(jī)械潤滑油中的金屬磨損磨粒按照其電磁特性可分為鐵磁質(zhì)微粒(如鐵)和非 鐵磁質(zhì)微粒(如銅、鋁）。鐵磁質(zhì)微粒增強(qiáng)傳感器線圈的等效電感，而非鐵磁質(zhì)微粒則削弱傳 感器線圈的等效電感。當(dāng)兩種微粒同時(shí)通過檢測線圈時(shí)，該監(jiān)測裝置將失效。
[0007] 3.正常情況下金屬磨損微粒的粒徑較小，在5um左右，且主要為球磨粒，其纖度小 于其他磨粒，傳感器線圈對其檢測能力相對較弱。如專利文獻(xiàn)1只能處理l〇um左右的金屬微 粒，無法監(jiān)測零部件的早期磨損。
[0008] 4.螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿其軸線方向?yàn)榉蔷鶆蚍植?，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的測量誤 差；同時(shí)同一型號的電感對鐵質(zhì)顆粒的檢測能力要大于對銅質(zhì)顆粒的檢測能力，這同樣會(huì) 帶來測量誤差。
[0009] 因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適 應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用非接觸的測量方式、信號 一致性好、可靠性高、檢測信號強(qiáng)且誤差小的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感 檢測方法。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾 波的微粒敏感檢測方法，其采用一種檢測設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置在液壓管路上，包括濾波器、分 離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì)線圈I、激勵(lì)線圈II、感應(yīng)線圈以及ECU;其中，所述濾波器、 分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì)線圈I、感應(yīng)線圈、激勵(lì)線圈II依次設(shè)置在液壓管路上； 所述激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈Π反向串聯(lián);所述感應(yīng)線圈位于激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II之間的 中央;所述ECU分別電性連接并控制濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì)線圈I、激勵(lì) 線圈II和感應(yīng)線圈;所述濾波器包括輸入管、外殼、輸出管、波紋管以及S型彈性薄壁;其中， 所述輸入管連接于外殼的一端，其和一液壓油進(jìn)口對接;所述輸出管連接于外殼的另一端， 其和U型微粒分離模塊對接;所述S型彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其內(nèi)形成膨脹 腔和收縮腔;所述輸入管、輸出管和S型彈性薄壁共同形成一 S型容腔濾波器;所述S型彈性 薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變 結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通共振容腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈性阻尼孔 管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀繞在共振容腔外，和共振容腔通過多個(gè)錐形插入管連 通;所述波紋管各圈之間通過若干支管連通，支管上設(shè)有開關(guān);所述波紋管和共振容腔組成 插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器;所述分離吸附模塊由依次連接的機(jī)械離心模塊、磁化模 塊、磁吸附模塊、起電模塊以及電吸附模塊組成;其包括如下步驟：
[0012] 1)，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈 動(dòng)壓力，以及抑制流量波動(dòng)；
[0013] 2)，之后油液進(jìn)入分離吸附模塊的機(jī)械離心模塊，使油液中的磨損顆粒聚合并實(shí) 現(xiàn)初步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近；
[0014] 3)，通過磁化模塊使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強(qiáng)力磁化；
[0015] 4)，磁吸附模塊吸附磁化的金屬聚合大微粒；
[0016] 5)，油液通過起電裝置，使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合；
[0017] 6)，油液流入電吸附模塊，電吸附模塊吸附非鐵磁性金屬磨損微粒；
[0018] 7)，ECU先控制電吸附模塊將電場方向先反向，再取消電場，使非鐵磁性金屬磨損 微粒進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，之后恢復(fù)電場；同時(shí)，ECU控制磁吸附模塊和起電模塊的斷電，鐵磁 性顆粒進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊;隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)；
[0019] 8)，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，使油液中 的兩種金屬微粒的粒徑增大同時(shí)形態(tài)變?yōu)榧?xì)長針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增 加；
[0020] 9)，通過激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II產(chǎn)生方向相反的磁場，位于兩者中央的感應(yīng)線圈 處磁場相互抵消;兩類微粒分批進(jìn)入感應(yīng)線圈，導(dǎo)致感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而判斷磨 損微粒的類型和數(shù)量。
[0021] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述輸 入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開口較寬處位于共振容腔 內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔錐形彈性阻尼孔管的楊氏模量比彈性薄壁的楊 氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏模量比錐形彈性阻尼孔管的楊氏 模量要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉;所述錐形插入管開口較寬處位于波紋管內(nèi)，其錐度角 為 10。。
[0022] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述機(jī) 械離心模塊采用旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流 片、步進(jìn)電機(jī)以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片沿管壁內(nèi) 圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置 在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C;所述第一導(dǎo) 流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸；其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼形，其高 度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片和 第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。
[0023] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述磁 化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼以及法蘭;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管 道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端。
[0024] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述磁 吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán)，該同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反 向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩 者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo) 磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺 線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)。
[0025] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述磁 吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán) 形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正向螺線管 和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和 反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于 正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)；所述隔板 位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁鐵連接 并能推動(dòng)電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。
[0026] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述起 電模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于液壓管路上，其分別連接至 電極控制器。
[0027] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述電 吸附模塊包括鋁質(zhì)管道、陽極板、陰極板以及極板控制器;其中，所述陽極板、陰極板分別設(shè) 置在鋁質(zhì)管道上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板、陰極板分別電性連接至極板控制器上;所述 極板控制器電性連接至E⑶，并由E⑶控制。
[0028] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法進(jìn)一步為:所述旋 轉(zhuǎn)塑形模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊;其 中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在 鋁質(zhì)管道的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊連接至一繞組。
[0029] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法還為:所述激勵(lì)線 圈I和激勵(lì)線圈II均包含若干繞組，各繞組由正繞組和逆繞組組成，各繞組分別連接至一激 勵(lì)電流輸出模塊，該激勵(lì)電流輸出模塊由ECU模塊控制。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明引入油液壓力流量波動(dòng)抑制 技術(shù)和微粒分時(shí)釋放措施，以保證檢測的有效性和一致性;通過機(jī)械離心、磁化吸附、起電 吸附等技術(shù)將鐵磁質(zhì)微粒和非鐵磁質(zhì)微粒分離，以防止兩種微?；ハ喔蓴_影響檢測結(jié)果； 通過顆粒聚合和旋轉(zhuǎn)磁場塑形增加顆粒粒徑并改變其形態(tài)，以提高檢測的靈敏度;通過改 進(jìn)螺線管線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿其軸線方向的均勻性，以減少檢測誤差； 構(gòu)造零磁場，兩個(gè)由高頻交流電源驅(qū)動(dòng)的外側(cè)場線圈反向串聯(lián)(雙激勵(lì)螺線管），產(chǎn)生的磁 場方向相反，可使在管子內(nèi)部正好位于中央傳感線圈處磁場相互抵消，即為零磁場，保證磁 通量變化較小時(shí)即可獲得很大的磁通量變化率，以提高檢測靈敏度，降低后續(xù)信號處理電 路要求。 【【附圖說明】】
[0031] 圖1是本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測設(shè)備的整體結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0032]圖2是圖1中的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3是插入式Η型濾波器示意圖。
[0034] 圖4是單個(gè)的Η型濾波器和串聯(lián)的Η型濾波器頻率特性組合圖。其中，實(shí)線為單個(gè)的 Η型濾波器頻率特性。
[0035] 圖5是S型容腔濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖6是S型彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0037]圖7是圖3中錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的示意圖。
[0038] 圖7(a)至圖7(c)是錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的工作狀態(tài)圖。
[0039] 圖8是圖1中的分離吸附模塊的連接示意圖。
[0040] 圖9-1是圖8中的機(jī)械離心模塊的橫向示意圖。
[0041 ]圖9-2是圖8中的機(jī)械離心模塊的徑向示意圖。
[0042] 圖10是圖8中的磁化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖11-1是圖8中的磁吸附模塊為同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖11-2是圖8中的磁吸附模塊為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖12是圖8中的起電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖13是圖8中的電吸附模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖14是圖1中的旋轉(zhuǎn)塑形模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖15-1是圖1中的檢測線圈的繞組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049 ]圖15-2是圖15-1中的激勵(lì)電流輸出模塊的電路圖。
[0050] 圖16是圖1中的Ε⑶模塊的連接關(guān)系圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0051] 請參閱說明書附圖1至附圖16所示，本發(fā)明為一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾 波的微粒敏感檢測設(shè)備，其設(shè)置在液壓管路7上，其由濾波器8、分離吸附模塊2、旋轉(zhuǎn)塑形模 塊3、激勵(lì)線圈14、感應(yīng)線圈5、激勵(lì)線圈116以及ECU1等幾部分組成。
[0052]其中，所述濾波器8、分離吸附模塊2、旋轉(zhuǎn)塑形模塊3、激勵(lì)線圈14、感應(yīng)線圈5、激 勵(lì)線圈116依次設(shè)置在液壓管路7上。所述ECU1分別電性連接并控制濾波器8、分離吸附模塊 2、旋轉(zhuǎn)塑形模塊3、激勵(lì)線圈14、激勵(lì)線圈II5和感應(yīng)線圈5。
[0053 ]由于油液的流速對檢測特性影響很大，隨著油液流速的增大，檢測的靈敏度以及 輸出電壓都將發(fā)生明顯變化；同時(shí)，油液的流量也對檢測輸出有較大的影響，當(dāng)流量增大 時(shí)，輸出電壓也會(huì)隨著改變，這對檢測結(jié)果的一致性和有效性影響很大，為此，本發(fā)明在檢 測前增加了濾波器8穩(wěn)定液壓系統(tǒng)壓力和流量。
[0054]所述濾波器8由輸入管81、外殼88、輸出管89、波紋管83以及S型彈性薄壁87等幾部 分組成。
[0055]其中，所述輸入管81連接于外殼89的一端，用于輸入油液;所述輸出管811連接于 外殼89的另一端，其和分離吸附模塊2對接。所述S型彈性薄壁87沿外殼的徑向安裝于外殼 88內(nèi)，其內(nèi)形成膨脹腔71和收縮腔72。所述輸入管81和輸出管89的軸線不在同一軸線上，這 樣可以提高1 〇 %以上的濾波效果。
[0056]所述輸入管81、輸出管89和S型彈性薄壁87共同形成一S型容腔濾波器，從而衰減 液壓系統(tǒng)高頻壓力脈動(dòng)。按集總參數(shù)法處理后得到的濾波器透射系數(shù)為：
[0058] a-介質(zhì)中音速 L 一收縮腔長度 D-膨脹腔直徑 Z-特性阻抗
[0059] γ-透射系數(shù) f 一壓力波動(dòng)頻率cU-輸入管直徑d-收縮腔直徑
[0060] lu-膨脹腔系數(shù)k2-收縮腔系數(shù)
[0061] 由上式可見，S型容腔濾波器和電路中的電容作用類似。不同頻率的壓力脈動(dòng)波通 過該濾波器時(shí)，透射系數(shù)隨頻率而不同。頻率越高，則透射系數(shù)越小，這表明高頻的壓力脈 動(dòng)波在經(jīng)過濾波器時(shí)衰減得越厲害，從而起到了消除高頻壓力脈動(dòng)的作用。同時(shí)，本發(fā)明的 S型容腔結(jié)構(gòu)中，膨脹腔和收縮腔之間過渡平滑，有助于降低腔體直徑突變帶來的系統(tǒng)壓力 損失。
[0062]所述S型容腔濾波器的設(shè)計(jì)原理如下：當(dāng)變化的流量通過輸入管進(jìn)入S型容腔的膨 脹腔時(shí)，液流超過平均流量，擴(kuò)大的膨脹腔可以吸收多余液流，而在低于平均流量時(shí)放出液 流，從而吸收壓力脈動(dòng)能量。多級膨脹腔和收縮腔的組合則提高了濾波器的脈動(dòng)壓力吸收 能力，也即濾波性能。膨脹腔和收縮腔之間采用曲面光滑過渡，則避免了由流體界面突變帶 來的沿程壓力損失及發(fā)熱。
[0063]所述S型彈性薄壁87通過受迫機(jī)械振動(dòng)來削弱液壓系統(tǒng)中高頻壓力脈動(dòng)。按集總 參數(shù)法處理后得到的S型彈性薄壁固有頻率為：
[0065] k-S型彈性薄壁結(jié)構(gòu)系數(shù) h-S型彈性薄壁厚度 R-S型彈性薄壁半徑
[0066] E-S型彈性薄壁的楊氏模量P-S型彈性薄壁的質(zhì)量密度
[0067] η-S型彈性薄壁的載流因子μ-S型彈性薄壁的泊松比。
[0068] 代入實(shí)際參數(shù)，對上式進(jìn)行仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，S型彈性薄壁87的固有頻率通常比 Η型濾波器的固有頻率高，而且其衰減頻帶也比Η型濾波器寬。在相對較寬的頻帶范圍內(nèi)，S 型彈性薄壁對壓力脈動(dòng)具有良好的衰減效果。同時(shí)，本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)中的S型彈性薄壁 半徑較大且較薄，其固有頻率更靠近中頻段，可實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的中高頻壓力脈動(dòng)的有 效衰減。
[0069]所述S型彈性薄壁87的設(shè)計(jì)原理如下:管道中產(chǎn)生中頻壓力脈動(dòng)時(shí)，雙管插入式容 腔濾波器對壓力波動(dòng)的衰減能力較弱，流入雙管插入式容腔的周期性脈動(dòng)壓力持續(xù)作用在 S型彈性薄壁的內(nèi)外壁上，由于內(nèi)外壁之間有支柱固定連接，內(nèi)外S型彈性薄壁同時(shí)按脈動(dòng) 壓力的頻率做周期性振動(dòng)，該受迫振動(dòng)消耗了流體的壓力脈動(dòng)能量，從而實(shí)現(xiàn)中頻段壓力 濾波。由虛功原理可知，S型彈性薄壁消耗流體脈動(dòng)壓力能量的能力和其受迫振動(dòng)時(shí)的勢能 和動(dòng)能之和直接相關(guān)，為了提高中頻段濾波性能，S型彈性薄壁的半徑設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)大于管道半 徑，且薄壁的厚度較小，典型值為小于0.1_。
[0070]進(jìn)一步的，所述S型彈性薄壁87和外殼88之間形成圓柱形的共振容腔85。所述S型 彈性薄壁87的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86,以保證在整個(gè)濾波器的范圍內(nèi)均 能實(shí)現(xiàn)插入式串并聯(lián)濾波。錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86連通共振容腔85。所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔 開口較寬處位于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10°，用于展寬濾波頻率范圍，按集總參數(shù)法處理 后得到的濾波器固有角頻率為：
[0072] a-介質(zhì)中音速L 一阻尼孔長S-阻尼孔橫截面積V-并聯(lián)共振容腔體積。 [0073]所述波紋管83呈螺旋狀繞在共振容腔85外，和共振容腔85通過多個(gè)錐形插入管82 連通。所述錐形插入管82開口較寬處位于波紋管83內(nèi)，其錐度角為10°用于展寬濾波頻率范 圍。所述波紋管83各圈之間通過若干支管810連通，支管810上設(shè)有開關(guān)84。所述波紋管83和 共振容腔85組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器。
[0074]由圖3可知，串聯(lián)Η型濾波器有2個(gè)固有角頻率，在波峰處濾波效果較好，而在波谷 處則基本沒有濾波效果;插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器中采用了螺旋異構(gòu)的波紋管83結(jié) 構(gòu)，波紋管本身具有彈性，當(dāng)液壓系統(tǒng)的流量和壓力脈動(dòng)經(jīng)過波紋管時(shí)，流體介質(zhì)導(dǎo)致液 壓-彈簧系統(tǒng)振動(dòng)，抵消波動(dòng)能量，從而起到濾波作用；同時(shí)，各圈波紋管83之間的若干支管 810的連通或斷開，引起波的干涉和疊加，從而改變串聯(lián)Η型濾波器的頻率特性;合理安排濾 波器參數(shù)以及連通支管的數(shù)量和位置，可使串聯(lián)Η型濾波器的頻率特性的波谷抬高，使濾波 器在整個(gè)中低頻段均有良好的濾波性能，實(shí)現(xiàn)中低頻段的全頻譜濾波。
[0075] 進(jìn)一步的，所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86由錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15組成，錐形 較窄端開口于彈性薄壁7。其中錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量比彈性薄壁7的楊氏模量要 大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔15的楊氏模量比錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量 要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉。故當(dāng)壓力脈動(dòng)頻率落在高頻段時(shí)，S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)起 濾波作用，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(a)狀態(tài);而當(dāng)脈動(dòng)頻率落在中頻段時(shí)， 濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)镾型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁7濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性阻尼孔管 16和縫孔15都處于圖7 (a)狀態(tài)；當(dāng)脈動(dòng)頻率落在某些特定的低頻頻率時(shí)，濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)?插入式串并聯(lián)Η型濾波器、S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性 阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(b)狀態(tài)，由于插入式串并聯(lián)Η型濾波器的固有頻率被設(shè)計(jì) 為和這些特定低頻脈動(dòng)頻率一致，對基頻能量大的系統(tǒng)可起到較好的濾波效果；當(dāng)脈動(dòng)頻 率落在某些特定頻率以外的低頻段時(shí)，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(c)狀態(tài)。 這樣的變結(jié)構(gòu)濾波器設(shè)計(jì)既保證了液壓系統(tǒng)的全頻段全工況濾波，又降低了正常工況下濾 波器的壓力損失，保證了系統(tǒng)的液壓剛度。
[0076] 本濾波器8還能實(shí)線工況自適應(yīng)壓力脈動(dòng)衰減。當(dāng)液壓系統(tǒng)工況變化時(shí)，既執(zhí)行元 件突然停止或運(yùn)行，以及閥的開口變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管路系統(tǒng)的特性阻抗發(fā)生突變，從而使原 管道壓力隨時(shí)間和位置變化的曲線也隨之改變，則壓力峰值的位置亦發(fā)生變化。由于本發(fā) 明的濾波器的軸向長度設(shè)計(jì)為大于系統(tǒng)主要壓力脈動(dòng)波長，且濾波器的插入式螺旋異構(gòu)串 聯(lián)Η型濾波器的容腔長度、S型容腔濾波器的長度和彈性薄壁的長度和濾波器軸線長度相 等，保證了壓力峰值位置一直處于濾波器的有效作用范圍內(nèi)；插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波 器的錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開在S型彈性薄壁上，沿軸線方向均勻分布，螺旋異構(gòu)纏繞的波紋管 和共振容腔間的錐形插入管在軸向均勻分布，使得壓力峰值位置變化對濾波器的性能幾乎 沒有影響，從而實(shí)現(xiàn)了工況自適應(yīng)濾波功能?？紤]到三種濾波結(jié)構(gòu)軸向尺寸和濾波器相當(dāng)， 這一較大的尺寸也保證了液壓濾波器具備較強(qiáng)的壓力脈動(dòng)衰減能力。
[0077] 采用本濾波器8進(jìn)行液壓脈動(dòng)濾波的方法如下：
[0078] 1)，液壓流體通過輸入管進(jìn)入S型容腔濾波器，擴(kuò)大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動(dòng)的濾波；
[0079] 2)，通過S型彈性薄壁87受迫振動(dòng)，消耗流體的壓力脈動(dòng)能量，完成中頻壓力脈動(dòng) 的濾波；
[0080] 3)，通過插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔、錐形插入管和流體 產(chǎn)生共振，消耗脈動(dòng)能量，完成低頻壓力脈動(dòng)的濾波；
[0081] 4)，將濾波器的軸向長度設(shè)計(jì)為大于液壓系統(tǒng)主要壓力脈動(dòng)波長，且插入式串并 聯(lián)Η型濾波器長度、雙管插入式濾波器長度和S型彈性薄壁87長度同濾波器長度相等，使壓 力峰值位置一直處于濾波器的有效作用范圍，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工況改變時(shí)壓力脈動(dòng)的濾波；
[0082] 5)，通過錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的錐形彈性阻尼孔管的伸縮和縫孔的開關(guān)，完成壓力 脈動(dòng)自適應(yīng)濾波。
[0083] 機(jī)械潤滑油中的金屬磨損磨粒按照其電磁特性可分為鐵磁質(zhì)微粒(如鐵)和非鐵 磁質(zhì)微粒(如銅、鋁）。鐵磁質(zhì)微粒增強(qiáng)傳感器線圈的等效電感，而非鐵磁質(zhì)微粒則削弱傳感 器線圈的等效電感。當(dāng)兩種微粒同時(shí)通過檢測線圈時(shí)，該監(jiān)測裝置將失效。為此，本發(fā)明用 分離吸附模塊2來分離這兩種微粒。所述分離吸附模塊2由依次連接的機(jī)械離心模塊21、磁 化模塊22、磁吸附模塊23、起電模塊24以及電吸附模塊25組成。
[0084] 其中，所述機(jī)械離心模塊21使油液在離心作用下，質(zhì)量較大的固體顆粒被甩向腔 壁，其采用沿程起旋的方式，其設(shè)計(jì)原理如下:在管道中設(shè)置一定高度和長度的扭曲的導(dǎo)流 片，并使葉面切線與軸線成一定角度，因管流邊界發(fā)生改變可使流體產(chǎn)生圓管螺旋流，該螺 旋流可分解為繞管軸的周向流動(dòng)和軸向平直流動(dòng)，流體中攜帶的顆粒物產(chǎn)生偏軸線向心螺 旋運(yùn)動(dòng)。該旋流離心裝置21由旋流管壁211、第一導(dǎo)流片212、第二導(dǎo)流片213、步進(jìn)電機(jī)214 以及流量傳感器215等幾部分組成，所述步進(jìn)電機(jī)214和流量傳感器215電性連接至E⑶1。 [0085]其中，所述第一導(dǎo)流片212設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片212沿管壁211內(nèi)圓周隔120° 均勻分布，其安放角(第一導(dǎo)流片212和旋流管壁211之間的夾角)設(shè)為18°，以保證最佳切向 流動(dòng)。所述第二導(dǎo)流片213和第一導(dǎo)流片212結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片212后，并和第 一導(dǎo)流片212錯(cuò)開60°連接在管壁211內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C，用于減少阻力并加大周向流動(dòng) 的強(qiáng)度。另外，可根據(jù)實(shí)際分離效果同樣再設(shè)置第三或更多的導(dǎo)流片，安放角逐次增加。所 述步進(jìn)電機(jī)214連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片212和第二導(dǎo)流片213,以調(diào)節(jié)安放角，從而可獲得更 好的離心效果，獲知使導(dǎo)流片212、213適應(yīng)不同的工況。所述流量傳感器215設(shè)置在管壁211 內(nèi)的中央，ECU1通過讀取流量傳感器215的數(shù)值分析旋流分離效果，并據(jù)此控制步進(jìn)電機(jī) 214,步進(jìn)電機(jī)214調(diào)節(jié)各導(dǎo)流片212、213的安放角，以獲得更加分離效果。
[0086] 進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流片212的長邊與管壁211相連，短邊213沿管壁211的軸線 延伸;為減小阻力，其前緣挫成鈍形;為避免繞流，后緣加工成翼形;其高度為管壁211直徑 的0.4倍，使形成的螺旋流具有較大的強(qiáng)度;長度為管壁211直徑的1.8倍，以保證較大的對 油液的作用范圍。
[0087] 所述磁化模塊22將油液中攜帶的鐵磁性金屬磨損微粒的強(qiáng)力磁化，并使微米級的 磨損微粒聚合成大顆粒，可提高敏感裝置的輸出信號強(qiáng)度。所述磁化裝置22由鋁質(zhì)管道 221、若干繞組222、鐵質(zhì)外殼223以及法蘭224組成。其中，所述鋁質(zhì)管道221使油液從其中流 過而受到磁化處理，且鋁的磁導(dǎo)率很低，可以使管道221中獲得較高的磁場強(qiáng)度。
[0088]所述若干繞組222分別繞在鋁質(zhì)管道221外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣 漆制成。所述鐵質(zhì)外殼223包覆于鋁質(zhì)管道221上，鐵質(zhì)的材料會(huì)屏蔽掉大部分的磁通。所述 法蘭224焊接在鋁質(zhì)管道221的兩端。
[0089] 所述磁吸附模塊23用于吸附聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒，其可采用同極相 鄰型吸附環(huán)。該同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道231、正向螺線管232、反向螺線管233以 及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234等部件組成。其中，所述正向螺線管232和反向螺線管233分別布置于鋁質(zhì) 環(huán)形管道231內(nèi)并由ECU1控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管232和反向螺線 管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道231的內(nèi)壁上，其位于 正向螺線管232和反向螺線管233相鄰處、以及正向螺線管232和反向螺線管233軸線的中間 點(diǎn)。
[0090] 所述同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下:通電正向螺線管232、反向螺線管233,相 鄰的正向螺線管232、反向螺線管233通有方向相反的電流，使得正向螺線管232、反向螺線 管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極;同時(shí)，鋁質(zhì)環(huán)形管道231能夠改善磁路，加大管道內(nèi)壁處的磁場 強(qiáng)度，增強(qiáng)鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管232、反向螺線管233電流 由ECU1直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。
[0091] 進(jìn)一步的，所述磁吸附模塊23也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊 錘的同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道231、正向螺線管232、反向螺線管233、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽 234、隔板235、電擊錘236以及電磁鐵237等部件組成。其中，所述正向螺線管232和反向螺線 管233分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道231內(nèi)并由ECU1控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向 螺線管232和反向螺線管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234布置于鋁質(zhì)環(huán)形管 道231的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管232和反向螺線管233相鄰處、以及正向螺線管232和反 向螺線管233軸線的中間點(diǎn)。所述電擊錘236和電磁鐵237位于隔板235之間。所述電磁鐵237 連接并能推動(dòng)電擊錘236,使電擊錘236敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道232內(nèi)壁。所述ECU1電性連接并控 制正向螺線管232、反向螺線管233和電磁鐵237。
[0092]所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下:通電正向螺線管232、反向螺 線管233,相鄰的正向螺線管232、反向螺線管233通有方向相反的電流，使得正向螺線管 232、反向螺線管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極；同時(shí)，鋁質(zhì)環(huán)形管道231能夠改善磁路，加大管道 內(nèi)壁處的磁場強(qiáng)度，增強(qiáng)鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管232、反向螺 線管233電流由ECU1直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附 性能。而通過電擊錘236的設(shè)置，防止顆粒在鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234處大量堆積，影響吸附效果。此 時(shí)，通過電磁鐵237控制電擊錘236敲擊管道231的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開。 同時(shí)，在清洗管道231時(shí)，電擊錘236的敲擊還可以提高清洗效果。
[0093]所述磁吸附模塊23吸附完成后，E⑶1控制電磁鐵斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性， 附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁并以低速隨油液沿管壁進(jìn)入起電模塊24。 [0094]所述起電模塊24使液壓油中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電，其由若干電極241以 及一電極控制器242組成。所述若干電極241安裝于液壓管路7上，其分別連接至電極控制器 242。所述電極控制器242電性連接向電極241施加電壓，使油液中的顆粒物質(zhì)帶電。
[0095]所述電吸附模塊25將油液中的非鐵磁性金屬磨損顆粒吸附在管壁上，其由鋁質(zhì)管 道251、陽極板252、陰極板253以及極板控制器254組成。其中，所述陽極板252、陰極板253分 別設(shè)置在鋁質(zhì)管道251上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板252、陰極板253分別電性連接至極板 控制器254上;所述極板控制器254電性連接至E⑶1，并由E⑶1控制。
[0096]所述電吸附模塊25的工作原理如下：帶電的非鐵磁質(zhì)金屬磨損微粒隨油液以速度 V沿管壁流入電吸附模塊25,電吸附模塊25的陰陽兩個(gè)電極525、253受極板控制器254控制 產(chǎn)生和速度V方向垂直的均勻電場，則帶電微粒在電場離心模塊中受到垂直于速度方向的 電場力的作用，使帶電顆粒在該力的作用下向極板做拋物線運(yùn)動(dòng)，帶電微粒沿運(yùn)動(dòng)方向吸 附其它微粒形成聚合大顆粒。該拋物線運(yùn)動(dòng)具體是指帶電微粒在軸向跟隨油液做直線運(yùn) 動(dòng)，徑向則在電場力作用下做勻速或變速運(yùn)動(dòng)，通過極板控制器254改變電場強(qiáng)度即可改變 運(yùn)動(dòng)速度，使帶電聚合大顆粒吸附到管壁上。吸附完成后，當(dāng)ECU1控制極板控制器254斷電 時(shí)，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁并以低速隨油液沿管壁進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模 塊3 〇
[0097] 所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊3用于提高檢測的靈敏度。研究表明：傳感器線圈的電感變化率 與磨粒半徑的三次方成正比。同時(shí)，磁介質(zhì)的形態(tài)越趨向于細(xì)長狀，其退磁因子越小，磁化 強(qiáng)度越大，磁化場場強(qiáng)越大。對傳感器等效電感的變化影響越大。該旋轉(zhuǎn)塑形模塊3由鋁質(zhì) 管道31、若干繞組32、鐵質(zhì)外殼33、法蘭34以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35等幾部分組 成。其中，所述若干繞組32分別繞在鋁質(zhì)管道31外;所述鐵質(zhì)外殼33包覆于鋁質(zhì)管道31上； 所述法蘭34焊接在鋁質(zhì)管道31的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35連接至一繞組32。
[0098] 所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊3的設(shè)計(jì)原理如下：聚合大顆粒隨油液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3后， ECU1控制旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35，使旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35中流過三相對稱電流，該 電流在鋁質(zhì)管道31內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁化顆粒在旋轉(zhuǎn)磁場作用下受到磁場力的作用，并在 該力的作用下以螺旋狀前進(jìn)，磁化微粒沿磁力線方向形成了很多針狀結(jié)構(gòu)，這些針狀結(jié)構(gòu) 在磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)將跟隨磁場做螺旋運(yùn)動(dòng)，具體是在軸向跟隨油液做直線運(yùn)動(dòng)，徑向則跟隨旋 轉(zhuǎn)磁場做螺旋運(yùn)動(dòng)。調(diào)整三相對稱電流即可改變螺旋運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的針狀結(jié) 構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軌跡上的金屬微粒遭遇時(shí)，彼此結(jié)合成大顆粒聚合物。通過旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,使油 液中的金屬微粒的粒徑增大同時(shí)形態(tài)變?yōu)榧?xì)長針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增 加，進(jìn)一步增強(qiáng)了雙線圈式檢測的靈敏度。
[0099] 金屬磨損微粒在油路中為非均勻分布，流型變化十分復(fù)雜，當(dāng)微粒大小和材質(zhì)變 化時(shí)，其引起的磁場變化是很微弱的，若檢測磁場不均勻?qū)?dǎo)致嚴(yán)重的測量誤差，使檢測靈 敏度降低；同時(shí)要求激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II的特性完全一致，這一般是很難達(dá)到的，為此 需要設(shè)計(jì)的激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II具有在線自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。具體的說，所述激勵(lì)線圈14 和激勵(lì)線圈116均包含若干繞組，各繞組由正繞組41和逆繞組42組成，各繞組分別連接至一 激勵(lì)電流輸出模塊43。該激勵(lì)電流輸出模塊43由ECU1控制，其使用的數(shù)字電位計(jì)為AD5206， 具有6通道的輸出，可以和ECU1之間實(shí)現(xiàn)單總線數(shù)據(jù)傳輸。ECU1通過單總線實(shí)現(xiàn)對磁化繞組 的多塊激勵(lì)電流輸出模塊73的電流設(shè)定和輸出。運(yùn)放AD8601和M0S管2N7002通過負(fù)反饋實(shí) 現(xiàn)了高精度的電壓跟隨輸出。恒定大電流輸出采用了德州儀器(TI)的高電壓、大電流的運(yùn) 放0ΡΑ 549〇
[0100] 所述檢測線圈7的工作原理如下：為了產(chǎn)生同極性方向的磁場并同時(shí)彌補(bǔ)缺口造 成的磁場不均衡，正繞組41和逆繞組42內(nèi)的電流特性相同，在液壓管道7的軸線方向上排列 有多對正逆繞組，通過不同激勵(lì)電流輸出模塊43控制電流，就可以形成系統(tǒng)要求的均勻磁 場。
[0101] 因?yàn)橐后w中的磨粒非常小，對原磁場的影響非常小，即產(chǎn)生的磁通變化量也很小， 為了保證傳感器高的靈敏度，需要在感應(yīng)線圈中獲得大的感應(yīng)電動(dòng)勢。根據(jù)法拉第電磁感 應(yīng)定律，感生電動(dòng)勢的大小和通過導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比，其方向有賴于磁場 的方向和變化情況。磁通量變化較小時(shí)，若要使其變化率大，其途徑有兩種:一是增大原線 圈的匝數(shù)，但這樣會(huì)導(dǎo)致傳感器體積過大，不可取;一是原磁場磁通量為零，即處于零磁場 中?；诖?，本創(chuàng)作設(shè)計(jì)的敏感裝置的采用三組線圈。激勵(lì)線圈14和激勵(lì)線圈116由高頻交 流電源驅(qū)動(dòng)，兩線圈反向串聯(lián)，產(chǎn)生的磁場方向相反，而所述感應(yīng)線圈5位于激勵(lì)線圈14和 激勵(lì)線圈116之間的中央，可使在感應(yīng)線圈5處磁場相互抵消，即為零磁場。感應(yīng)線圈5與ECU 相接。當(dāng)油液中通過有金屬大顆粒時(shí)，引起磁場擾動(dòng)，導(dǎo)致感應(yīng)線圈5產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，利用 鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì)金屬微粒對原磁場的相反影響，導(dǎo)致輸出信號相位相反，可區(qū)分油液中 磨損顆粒類型;磁介質(zhì)顆粒越大，纖度越大，對磁場影響越大，輸出信號的幅值越大，檢測的 靈敏度越高。
[0102] 采用上述監(jiān)控裝置對液壓油進(jìn)行監(jiān)控的具體方法如下：
[0103] 1)，液壓管路7中的油液通過濾波器8,濾波器8衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的 脈動(dòng)壓力，以及抑制流量波動(dòng)；
[0104] 2)，之后油液進(jìn)入分離吸附模塊2的機(jī)械離心模塊21，使油液中的磨損顆粒聚合并 實(shí)現(xiàn)初步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近；
[0105] 3)，通過磁化模塊22使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強(qiáng)力磁化；
[0106] 4)，磁吸附模塊23吸附磁化的金屬聚合大微粒；
[0107] 5)，通過起電模塊24,使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合；
[0108] 6)，隨后帶電顆粒以速度V流入電吸附模塊25，電吸附模塊25受ECU 1控制產(chǎn)生和速 度v方向垂直的均勻磁場，帶電顆粒在分離裝置中受到垂直于速度方向和磁場方向的洛侖 磁力的作用，使帶電顆粒在該力的作用下向鋁質(zhì)管壁運(yùn)動(dòng)，從而使油液中的非鐵磁性金屬 磨損微粒從油液中"分離"出來，吸附在管壁上。
[0109] 7)，在磁吸附和電吸附到足夠的微粒濃度后，ECU1先控制電吸附模塊25將電場方 向先反向，再取消電場，則吸附在管壁上的非鐵磁性金屬磨損微粒從靜止開始脫離管壁緩 慢進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,而電吸附模塊25此時(shí)則恢復(fù)原先的電場。同時(shí)，ECU1控制磁吸附模 塊23斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁，起電 模塊24的斷電，鐵磁性顆粒以低速隨油液流過起電模塊24和電吸附模塊25，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形 模塊3。隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)。
[0110] 8)，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,此時(shí)ECU1 控制三相對稱繞組中流過三相對稱電流，該電流在鋁質(zhì)管道內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁化顆粒在 旋轉(zhuǎn)磁場作用下受到磁場力的作用，并在該力的作用下以螺旋狀前進(jìn)，磁化微粒沿磁力線 方向形成了很多針狀結(jié)構(gòu)，這些針狀結(jié)構(gòu)在磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)將跟隨磁場做螺旋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的 針狀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軌跡上的金屬微粒遭遇時(shí)，彼此結(jié)合成大顆粒聚合物。
[0111] 9)，通過旋轉(zhuǎn)塑形模塊3，使油液中的金屬微粒的粒徑增大同時(shí)形態(tài)變?yōu)榧?xì)長針狀 結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增加，進(jìn)一步增強(qiáng)了雙線圈式檢測的靈敏度。隨后這兩類 微粒以低速、高濃度、大顆粒和大纖度的狀態(tài)分批進(jìn)入激勵(lì)線圈I4，ECU1控制激勵(lì)電流保持 激勵(lì)線圈14的磁場均勻性，同時(shí)由于同一型號的電感對鐵質(zhì)顆粒的檢測能力要大于對銅質(zhì) 顆粒的檢測能力，需要ECU1調(diào)節(jié)激勵(lì)電流來補(bǔ)償這一差異，以保持輸出的一致性。
[0112] 10)，激勵(lì)線圈14和激勵(lì)線圈116由高頻交流電源驅(qū)動(dòng)，兩線圈反向串聯(lián)，產(chǎn)生的磁 場方向相反，位于兩者中央的感應(yīng)線圈5處磁場相互抵消，當(dāng)油液中通過有金屬大顆粒時(shí)， 引起磁場擾動(dòng)，導(dǎo)致感應(yīng)線圈5產(chǎn)生顯著的感應(yīng)電動(dòng)勢。利用鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì)金屬微粒對 原磁場的相反影響，導(dǎo)致輸出信號相位相反，可區(qū)分油液中磨損顆粒類型，而感應(yīng)電動(dòng)勢的 強(qiáng)弱可以判斷磨損金屬微粒的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)信號一致性好、可靠性高、檢測信號強(qiáng)且誤差 小的非接觸式微粒檢測。
[0113] 以上的【具體實(shí)施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實(shí)施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng) 作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征在于:其采用一 種檢測設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置在液壓管路上，包括濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì)線 圈I、激勵(lì)線圈II、感應(yīng)線圈以及ECU;其中，所述濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì) 線圈I、感應(yīng)線圈、激勵(lì)線圈II依次設(shè)置在液壓管路上;所述激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II反向串 聯(lián);所述感應(yīng)線圈位于激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II之間的中央;所述ECU分別電性連接并控制 濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、激勵(lì)線圈I、激勵(lì)線圈II和感應(yīng)線圈；所述濾波器包 括輸入管、外殼、輸出管、波紋管以及S型彈性薄壁;其中，所述輸入管連接于外殼的一端，其 和一液壓油進(jìn)口對接;所述輸出管連接于外殼的另一端，其和U型微粒分離模塊對接;所述S 型彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其內(nèi)形成膨脹腔和收縮腔;所述輸入管、輸出管和 S型彈性薄壁共同形成一 S型容腔濾波器;所述S型彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振 容腔;所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通 共振容腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈性阻尼孔管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀 繞在共振容腔外，和共振容腔通過多個(gè)錐形插入管連通;所述波紋管各圈之間通過若干支 管連通，支管上設(shè)有開關(guān);所述波紋管和共振容腔組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器;所 述分離吸附模塊由依次連接的機(jī)械離心模塊、磁化模塊、磁吸附模塊、起電模塊以及電吸附 模塊組成;其包括如下步驟： 1 )，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈動(dòng)壓 力，以及抑制流量波動(dòng)； 2)，之后油液進(jìn)入分離吸附模塊的機(jī)械離心模塊，使油液中的磨損顆粒聚合并實(shí)現(xiàn)初 步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近； 3 )，通過磁化模塊使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強(qiáng)力磁化； 4) ，磁吸附模塊吸附磁化的金屬聚合大微粒； 5) ，油液通過起電裝置，使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合； 6) ，油液流入電吸附模塊，電吸附模塊吸附非鐵磁性金屬磨損微粒； 7) ，ECU先控制電吸附模塊將電場方向先反向，再取消電場，使非鐵磁性金屬磨損微粒 進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，之后恢復(fù)電場；同時(shí)，ECU控制磁吸附模塊和起電模塊的斷電，鐵磁性顆 粒進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊;隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)； 8) ，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，使油液中的兩 種金屬微粒的粒徑增大同時(shí)形態(tài)變?yōu)榧?xì)長針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增加； 9) ，通過激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II產(chǎn)生方向相反的磁場，位于兩者中央的感應(yīng)線圈處磁 場相互抵消;兩類微粒分批進(jìn)入感應(yīng)線圈，導(dǎo)致感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而判斷磨損微 粒的類型和數(shù)量。2. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述輸入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開口較寬處位 于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔錐形彈性阻尼孔管的楊氏模量比彈 性薄壁的楊氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏模量比錐形彈性阻尼 孔管的楊氏模量要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉；所述錐形插入管開口較寬處位于波紋管 內(nèi)，其錐度角為10°。3. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述機(jī)械離心模塊采用旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流 片、第二導(dǎo)流片、步進(jìn)電機(jī)以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流 片沿管壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相 同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C ;所 述第一導(dǎo)流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼 形，其高度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo) 流片和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。4. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼以及法蘭;其中，所述若干繞組分別 繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端。5. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述磁吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán)，該同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正 向螺線管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán) 形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極； 所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、 以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)。6. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述磁吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附 環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所 述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得 正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi) 壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間 點(diǎn);所述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述 電磁鐵連接并能推動(dòng)電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。7. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述起電模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于液壓管路上，其 分別連接至電極控制器。8. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述電吸附模塊包括鋁質(zhì)管道、陽極板、陰極板以及極板控制器;其中，所述陽極板、 陰極板分別設(shè)置在鋁質(zhì)管道上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板、陰極板分別電性連接至極板控 制器上;所述極板控制器電性連接至E⑶，并由E⑶控制。9. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電流 輸出模塊;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所 述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊連接至一繞組。10. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波的微粒敏感檢測方法，其特征 在于:所述激勵(lì)線圈I和激勵(lì)線圈II均包含若干繞組，各繞組由正繞組和逆繞組組成，各繞 組分別連接至一激勵(lì)電流輸出模塊，該激勵(lì)電流輸出模塊由ECU模塊控制。
【文檔編號】G01N15/00GK106018189SQ201610311884
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】李偉波
【申請人】李偉波