一種用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其依次通過濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測模塊和消磁模塊進(jìn)行磨損微粒監(jiān)測；濾波器采用變結(jié)構(gòu)濾波器，其一端設(shè)有油液入口；消磁模塊的一端設(shè)有油液出口。本發(fā)明引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器技術(shù)，實現(xiàn)磨損微粒非侵入、無約束監(jiān)測；通過磁化、機(jī)械離心和旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊使油液中的磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并運動到管壁附近并被吸附模塊吸附，以提高相鄰電容傳感器的輸出監(jiān)測信號強(qiáng)度；通過溫控模塊及合理設(shè)計相鄰電容傳感器極板層結(jié)構(gòu)，抑制噪聲并最優(yōu)化相鄰電容傳感器監(jiān)測裝置的整體性能。
【專利說明】一種用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液壓管路油液中的磨損微粒在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種用濾 波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，屬于液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 液壓系統(tǒng)油液中的磨損微粒不但可以使運動副產(chǎn)生磨粒磨損而且可以使運動副 的相對運動受阻而導(dǎo)致控制部件動作失靈。國內(nèi)外的資料統(tǒng)計表明，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) 故障的重要途徑之一。
[0003] 電容傳感器因其制作方便、成本低廉而被應(yīng)用于機(jī)器油液的污染監(jiān)測。專利文獻(xiàn)1 (中國發(fā)明專利授權(quán)公告號CN101435788B)公開了一種基于介電常數(shù)測量的在線油液監(jiān)測 傳感器及其系統(tǒng)，該發(fā)明的傳感器包括支座及其固定在內(nèi)部的三根極柱，三根極柱構(gòu)成了 差動式圓柱電容，能監(jiān)測傳感器電容值的微小變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn) 而實現(xiàn)對油液污染度的實施監(jiān)測。該監(jiān)測方法中的傳感器極柱浸入到油液中，造成了油液 流態(tài)的改變，影響了測量精度;油液在傳感器極柱表面會形成沉積油膜，不僅造成測量精度 下降，同時還帶來傳感器清洗問題。
[0004] 文獻(xiàn)2(趙新澤等，武漢水利電力大學(xué)（宜昌）學(xué)報，1999(3))公開了一種油液污染 監(jiān)測用電容傳感器探頭，該探頭由一圓筒玻璃管與緊貼該管外壁的兩半圓形電極組成，其 實質(zhì)為平行板電容傳感器。該電容傳感器激勵極板與接收極板間距受液壓管道直徑約束， 由于液壓管道直徑相對較大，該傳感器靈敏度不夠理想。
[0005] 同時，現(xiàn)有技術(shù)的磨損微粒進(jìn)行在線監(jiān)測設(shè)備中的流體劇烈波動，會導(dǎo)致監(jiān)測數(shù) 據(jù)大幅度波動而導(dǎo)致監(jiān)測失敗。
[0006] 因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的用濾波、離心分離和相鄰電 容的磨損微粒監(jiān)測方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用濾波、離心分離和相鄰電容 的磨損微粒監(jiān)測方法，其采用非侵入的測量方式、對被測量的無約束性、監(jiān)測信號強(qiáng)且靈敏 度高、低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種用濾波、離心分離和相鄰電容的 磨損微粒監(jiān)測方法，其采用一種監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離 心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測模塊以及消磁模塊;其中，所述濾 波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān) 測模塊和消磁模塊依次連接;所述濾波器的一端設(shè)有油液入口，其包括輸入管、外殼、輸出 管、彈性薄壁、Η型濾波器以及串聯(lián)Η型濾波器;其中，所述輸入管連接于外殼的一端;所述輸 出管連接于外殼的另一端;所述彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)；所述輸入管、輸出管 和彈性薄壁共同形成一 C型容腔濾波器;所述彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu) 阻尼孔;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;所述彈性薄壁和外殼之 間形成串聯(lián)共振容腔I以及并聯(lián)共振容腔;所述串聯(lián)共振容腔I的外側(cè)設(shè)一串聯(lián)共振容腔 II，所述串聯(lián)共振容腔I和串聯(lián)共振容腔II之間通過若干均勻排布的錐形插入管連通;所述 Η型濾波器位于并聯(lián)共振容腔內(nèi)，其和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔相連通;所述串聯(lián)Η型濾波器位于 串聯(lián)共振容腔I和串聯(lián)共振容腔II內(nèi)，其亦和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔相連通;所述Η型濾波器和 串聯(lián)Η型濾波器軸向呈對稱設(shè)置，并組成串并聯(lián)Η型濾波器;所述消磁模塊的一端設(shè)有油液 出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成；
[0009] 其包括如下步驟：
[0010] 1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過濾波器，通過濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的 高、中、低頻段的脈動壓力，以及抑制流量波動；
[0011] 2)，通過溫控模塊控制油液溫度恒定在42°C ;
[0012] 3)，磁化模塊將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成 大顆粒
[0013] 4)，磁化聚合顆粒在機(jī)械離心模塊中初步離心；
[0014] 5)，旋轉(zhuǎn)磁場模塊對磁化聚合顆粒進(jìn)行二次離心；
[0015] 6)，吸附模塊吸附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場模塊離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒；
[0016] 7)，通過相鄰電容微粒監(jiān)測模塊在線監(jiān)測液壓管路中磨損微粒狀況
[0017] 8 )，消磁模塊給磁化顆粒消磁。
[0018] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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串聯(lián)共振容腔 I和并聯(lián)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 串聯(lián)共振容腔II內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形插入管和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的位置相互錯 開。
[0019] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進(jìn)一步為:所述溫控 模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測的重慶金鴻的潤滑油 加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片管;溫度傳感器 采用鉑電阻溫度傳感器。
[0020] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊;其中，所述若干 繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小 相等;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;每一磁化電流輸 出模塊連接至一繞組。
[0021] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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。
[0022] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進(jìn)一步為:所述旋轉(zhuǎn) 磁場離心模塊包括鋁質(zhì)管道、鐵質(zhì)外殼、三相對稱繞組、法蘭以及三相對稱電流模塊;所述 三相對稱繞組繞在鋁質(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;所述三相對稱電流模塊連接所述三相對稱繞組。
[0023] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進(jìn)一步為:所述吸附 模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(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。
[0024] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進(jìn)一步為:所述吸附 模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán);所述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；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 能推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。
[0025] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進(jìn)一步為:所述相鄰 電容微粒監(jiān)測模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵極板以及外壁;其中，所 述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置;所述機(jī)玻璃內(nèi)壁的厚 度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5,厚度為外壁厚度的1到 2倍;所述接收極板、激勵極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外側(cè);所述接收極 板、激勵極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔離層的寬度為有 機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。
[0026] 本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法還為:其包括一 E⑶， 所述濾波器、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁化電流輸出模塊、機(jī)械離 心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測模塊均電性連接至ECU上。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0028] 1.本發(fā)明的多對正逆線圈結(jié)構(gòu)的磁化模塊，線圈電流可在線數(shù)字設(shè)定，以產(chǎn)生磁 化需要的非均勻磁場，使油液中的磨損微粒強(qiáng)力磁化并聚合成大顆粒，同時使膠質(zhì)顆粒分 解消融并抑制氣泡生長;機(jī)械和磁場離心模塊使磁化微粒"分離"并向腔壁運動;通過吸附 模塊捕獲管壁表面磁化聚合大顆粒。
[0029] 2.在液壓管路磨損微粒監(jiān)測裝置中引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器， 通過將磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并離心吸附到管壁以提高顆粒濃度，增加管壁表面油 液的介電常數(shù)，極大提高了傳感器輸出信號強(qiáng)度并巧妙解決了信號強(qiáng)度和穿透深度指標(biāo)沖 突的矛盾。
[0030] 3.在極板層設(shè)計中引入了有效邊緣長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)。該皮亞諾曲 線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵極板、接收極板和隔離極板組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有 的點，得到一條充滿整個正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具 有最長有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以此來獲得最佳信號強(qiáng)度。
[0031] 4.濾波器可衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈動壓力，并可抑制流量波動，保 證監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確。
[0032] 5.濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊、相 鄰電容微粒監(jiān)測模塊相結(jié)合的液壓管路磨損微粒監(jiān)測技術(shù)路線，既保證了監(jiān)測可靠性，同 時又使得監(jiān)測系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。 【【附圖說明】】
[0033] 圖1是本發(fā)明的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 [0034]圖2是圖1中的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3是圖2中沿A-A的剖面圖。
[0036]圖4是圖3中Η型濾波器示意圖。
[0037]圖5是圖3中串聯(lián)Η型濾波器示意圖。
[0038] 圖6是Η型濾波器和串聯(lián)Η型濾波器頻率特性組合圖。其中，實線為串聯(lián)Η型濾波器 頻率特性。
[0039] 圖7是串并聯(lián)Η型濾波器頻率特性圖。
[0040] 圖8是C型容腔濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ]圖9是彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0042] 圖10是圖2中錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的示意圖。
[0043] 圖10(a)至圖10(c)是錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的工作狀態(tài)圖。
[0044] 圖11是圖1中的磁化模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0045]圖12是圖11中的磁化線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0046] 圖13是圖11中的磁化電流輸出模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0047] 圖14-1是圖1中的旋流離心模塊的橫向示意圖。
[0048] 圖14-2是圖1中的旋流離心模塊的徑向示意圖。
[0049] 圖15是圖1中的旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊示意圖。
[0050] 圖16是圖1中的吸附裝置為同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051] 圖17是圖1中的吸附裝置為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052] 圖18-1是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測模塊的徑向半剖圖。
[0053] 圖18-2是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測模塊的橫向剖面圖。
[0054]圖18-3是圖18-1中的接收極板和激勵極板的示意圖。
[0055]圖18-4是圖18-3中Α處的局部放大圖。
[0056] 圖19是E⑶的連接示意圖。 【【具體實施方式】】
[0057]請參閱說明書附圖1至附圖19所示，本發(fā)明為一種用濾波、離心分離和相鄰電容 的磨損微粒監(jiān)測系統(tǒng)，其由濾波器8、溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離心模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場離心 模塊4、吸附模塊5、相鄰電容微粒監(jiān)測模塊6、消磁模塊7以及ECU10等幾部分組成。其中，所 述濾波器8、溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離心模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊4、吸附模塊5、相鄰 電容微粒監(jiān)測模塊6和消磁模塊7依次連接。
[0058]所述濾波器8的一端設(shè)有油液入口 91，用于將液壓油輸人裝置，并可衰減液壓系統(tǒng) 中的高、中、低頻段的脈動壓力，和抑制流量波動，保證監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確。所述濾波器8由輸入 管81、外殼88、輸出管89、彈性薄壁87、H型濾波器812以及串聯(lián)Η型濾波器813等幾部分組成。 [0059]其中，所述輸入管81連接于外殼88的一端;所述輸出管89連接于外殼88的另一端。 所述彈性薄壁87沿外殼的徑向安裝于外殼88內(nèi)。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10%以上的濾波效果。
[0060]所述輸入管81、輸出管89和彈性薄壁87共同形成一C型容腔濾波器，從而衰減液壓 系統(tǒng)高頻壓力脈動。按集總參數(shù)法處理后得到的濾波器透射系數(shù)為：
[0062] a-介質(zhì)中音速Lv-C型容腔長度Sv-C型容腔體積Ζ-特性阻抗 [0063] γ-透射系數(shù)f一壓力波動頻率S〗一輸入管橫截面積。
[0064]由上式可見，C型濾波器和電路中的電容作用類似。不同頻率的壓力脈動波通過該 濾波器時，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波 在經(jīng)過濾波器時衰減得越厲害，從而起到了消除高頻壓力脈動的作用。
[0065]所述C型容腔濾波器的設(shè)計原理如下:管道中壓力脈動頻率較高時，波動的壓力作 用在流體上對流體產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。當(dāng)變化的流量通過輸入管進(jìn)入C型容腔時，液流超過平均 流量，擴(kuò)大的容腔可以吸收多余液流，而在低于平均流量時放出液流，從而吸收壓力脈動能 量。
[0066]所述彈性薄壁87通過受迫機(jī)械振動來削弱液壓系統(tǒng)中高頻壓力脈動。按集總參數(shù) 法處理后得到的彈性薄壁固有頻率為：
[0068] k-彈性薄壁結(jié)構(gòu)系數(shù)h-彈性薄壁厚度R-彈性薄壁半徑
[0069] E-彈性薄壁的楊氏模量P-彈性薄壁的質(zhì)量密度
[0070] η-彈性薄壁的載流因子μ-彈性薄壁的泊松比。
[0071] 代入實際參數(shù)，對上式進(jìn)行仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，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)，彈性 薄壁對壓力脈動具有良好的衰減效果。同時，本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)中的彈性薄壁半徑較大 且較薄，其固有頻率更靠近中頻段，可實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的中高頻壓力脈動的有效衰減。 [0072]所述彈性薄壁87的設(shè)計原理如下:管道中產(chǎn)生中頻壓力脈動時，C型容腔對壓力波 動的衰減能力較弱，流入濾波器C型容腔的周期性脈動壓力持續(xù)作用在彈性薄壁87上。彈性 薄壁則按脈動壓力的頻率做周期性振動，該受迫振動消耗了流體的壓力脈動能量，從而實 現(xiàn)中頻段壓力濾波。由虛功原理可知，彈性薄壁消耗流體脈動壓力能量的能力和其受迫振 動時的勢能和動能之和直接相關(guān)，為了提高中頻段濾波性能，彈性薄壁的半徑設(shè)計為遠(yuǎn)大 于管道半徑，且薄壁的厚度較小，典型值為小于0.1_。
[0073]進(jìn)一步的，所述彈性薄壁87和外殼88之間形成串聯(lián)共振容腔184以及并聯(lián)共振容 腔85。所述串聯(lián)共振容腔184的外側(cè)設(shè)一串聯(lián)共振容腔II83,所述串聯(lián)共振容腔184和串聯(lián) 共振容腔1183之間通過若干均勻排布的錐形插入管82連通，所述錐形插入管82開口較寬處 位于串聯(lián)共振容腔1183內(nèi)，其錐度角為10°。所述彈性薄壁87的軸向上均勻開有若干錐形變 結(jié)構(gòu)阻尼孔86,錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86和錐形插入管82的位置相互錯開。
[0074]所述Η型濾波器812位于并聯(lián)共振容腔85內(nèi)，其和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86相連通。所 述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86開口較寬處位于串聯(lián)共振容腔184和并聯(lián)共振容腔85內(nèi)，其錐度角 為10°。按集總參數(shù)法處理后得到的濾波器固有角頻率為：
[0076] a一一介質(zhì)中音速U-一阻尼孔長Di-一阻尼孔直徑 [0077] L2一一并聯(lián)共振容腔高度D2-一并聯(lián)共振容腔直徑。
[0078] 所述串聯(lián)Η型濾波器813位于串聯(lián)共振容腔184和串聯(lián)共振容腔1183內(nèi)，其亦和錐 形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86相連通。按集總參數(shù)法處理后，串聯(lián)Η型濾波器813的兩個固有角頻率為：
[0081] a-介質(zhì)中音速h-阻尼孔長cb-阻尼孔直徑13-共振管長
[0082] d3-共振管直徑12-串聯(lián)共振容腔1高度山一串聯(lián)共振容腔1直徑
[0083] 14一串聯(lián)共振容腔2高度d4-串聯(lián)共振容腔2直徑。
[0084] 所述Η型濾波器812和串聯(lián)Η型濾波器813軸向呈對稱設(shè)置，并組成串并聯(lián)Η型濾波 器，用于展寬濾波頻率范圍并使整體結(jié)構(gòu)更緊湊。本發(fā)明沿圓周界面分布了多個串并聯(lián)Η型 濾波器（圖中只畫出了 2個），彼此之間用隔板20隔開，這多個濾波器的共振頻帶各不相同， 組合在一起后可全面覆蓋整個中低頻濾波頻段，實現(xiàn)中低頻段的全頻譜濾波。
[0085]由圖6Η型濾波器和串聯(lián)Η型濾波器頻率特性及公式均可發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)Η型濾波器有2 個固有角頻率，在波峰處濾波效果較好，而在波谷處則基本沒有濾波效果;Η型濾波器有1個 固有角頻率，同樣在波峰處濾波效果較好，而在波谷處則基本沒有濾波效果;選擇合適的濾 波器參數(shù)，使Η型濾波器的固有角頻率剛好落在串聯(lián)Η型濾波器的2個固有角頻率之間，如圖 7所示，既在一定的頻率范圍內(nèi)形成了3個緊鄰的固有共振頻率峰值，在該頻率范圍內(nèi)，無論 壓力脈動頻率處于波峰處還是波谷處均能保證較好的濾波效果。多個串并聯(lián)Η型濾波器構(gòu) 成的濾波器組既可覆蓋整個中低頻段，實現(xiàn)中低頻段的全頻譜濾波。
[0086] 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87。其中錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量比彈性薄壁87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)壓力脈動頻率落在高頻段時，C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10(a)狀態(tài);而當(dāng)脈動頻率落在中頻段 時，濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)镃型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁87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10(a)狀態(tài)；當(dāng)脈動頻率落在某些特定的低頻頻率時，濾波器結(jié)構(gòu) 變?yōu)椴迦胧酱⒙?lián)Η型濾波器、C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10(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)計為和這些特定低頻脈動頻率一致，對基頻能量大的系統(tǒng)可起到較好的濾波效果；當(dāng)脈 動頻率落在某些特定頻率以外的低頻段時，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖10(c) 狀態(tài)。這樣的變結(jié)構(gòu)濾波器設(shè)計既保證了液壓系統(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。
[0087] 本發(fā)明還能實線工況自適應(yīng)壓力脈動衰減。當(dāng)液壓系統(tǒng)工況變化時，既執(zhí)行元件 突然停止或運行，以及閥的開口變化時，會導(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)計為大于系統(tǒng)主要壓力脈動波長，且濾波器的串并聯(lián)Η型濾波器組 的容腔長度、C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)；而串并聯(lián)Η型濾波器的錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開 在彈性薄壁上，沿軸線方向均勻分布，共振容腔1和共振容腔2由多個軸向均勻分布的相同 參數(shù)的錐形共振管相連，錐形阻尼孔和錐形共振管位置相互錯開，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)的壓力脈動衰減能 力。
[0088] 采用本發(fā)明的液壓濾波器進(jìn)行液壓脈動濾波的方法如下：
[0089] 1)，液壓流體通過輸入管進(jìn)入C型容腔濾波器，擴(kuò)大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動的濾波；
[0090] 2)，通過彈性薄壁87受迫振動，消耗流體的壓力脈動能量，完成中頻壓力脈動的濾 波；
[0091] 3)，通過串并聯(lián)Η型濾波器組，以及錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔、錐形插入管和流體產(chǎn)生共 振，消耗脈動能量，完成低頻壓力脈動的濾波；
[0092] 4)，將濾波器的軸向長度設(shè)計為大于液壓系統(tǒng)主要壓力脈動波長，且串并聯(lián)Η型濾 波器長度、C型容腔濾波器長度和彈性薄壁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，實現(xiàn)系統(tǒng)工況改變時壓力脈動的濾波；
[0093] 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 脈動自適應(yīng)濾波。
[0094] 所述溫控模塊1由加熱器、冷卻器和溫度傳感器組成。該溫控模塊1主要目的是為 磁化裝置提供最佳的磁化溫度約42°C。同時，溫度作為最主要的環(huán)境噪聲，不同的溫度會導(dǎo) 致液壓管路中的油液介電常數(shù)發(fā)生顯著變化，保持溫度恒定即可避免相鄰電容傳感器受溫 度噪聲的影響。
[0095] 所述加熱器為電加熱器，可采用本身帶溫度檢測的重慶金鴻的潤滑油加熱器。冷 卻器可選用表面蒸發(fā)式空冷器，兼有水冷和空冷的優(yōu)點，散熱效果好，采用光管，流體阻力 小;冷卻器翅片類型為高翅，翅片管選KLM型翅片管，傳熱性能好，接觸熱阻小，翅片與管子 接觸面積大，貼合緊密，牢固，承受冷熱急變能力佳，翅片根部抗大氣腐蝕性能高;空冷器的 管排數(shù)最優(yōu)為8。溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。
[0096] 所述磁化裝置2能將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，并使微米級的磨損微粒 聚合成大顆粒，可提高相鄰電容傳感器的輸出信號強(qiáng)度。同時，由電磁學(xué)理論可知，磁場強(qiáng) 度越大，對鐵磁性顆粒的吸引力也就越大，大尺寸的鐵微粒移動速度比小尺寸的鐵微?？?得多，將磨損微粒聚合成大顆粒也便于后續(xù)分離。
[0097] 油液中攜帶的膠質(zhì)顆粒和氣泡的介電常數(shù)和液壓油以及磨損顆粒的介電常數(shù)都 不相同，為了避免對后面的相鄰電容傳感器監(jiān)測造成影響，需要設(shè)計非均勻磁場分解或去 除膠質(zhì)顆粒和氣泡。
[0098] 根據(jù)磁場使分子取向排列論，當(dāng)油液流過磁場時，磁場對油液中的膠質(zhì)顆粒的運 動會產(chǎn)生一定的影響，使得膠質(zhì)顆粒在管路中作有序流動，減少了膠質(zhì)顆粒的相互連接，從 而起到分離膠質(zhì)顆粒的降粘作用。同時，磁化的顆粒之間存在著內(nèi)聚力，此力限制了氣泡的 形成和長大。無氣泡時油液中的磁力線分布均勻，處于磁穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)油液中有氣泡時，氣泡 局部的磁力線發(fā)生彎由，彎曲的磁力線有恢復(fù)成原來均勻、平行、穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢，因而產(chǎn) 生指向氣泡中心的磁張力，此力能限制氣泡的長大。
[0099] 但磁場太強(qiáng)或太弱都很難取得好的磁處理效果。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度在某一值附近時， 磁處理具有最佳效果。同樣，溫度太高和太低降粘效果都不好。液壓油中的膠質(zhì)顆粒的分解 降粘需要一定的溫度和磁場強(qiáng)度，典型值為磁場強(qiáng)度在200mT左右，溫度約42°C。設(shè)計非均 勻磁場時要考慮到磁場的邊緣效應(yīng)所造成的影響，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)設(shè)計為在油液流入的一端 較強(qiáng)，而在油液流出的一端較弱，滿足油液流出端，降低磁場、減輕邊緣效應(yīng)影響的要求，同 時保證在油液的流入端的磁化效果。
[0100] 本發(fā)明的磁化裝置由鋁質(zhì)管道21、若干繞組22、鐵質(zhì)外殼23、法蘭24以及若干磁化 電流輸出模塊25組成。其中，所述鋁質(zhì)管道21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21中獲得較高的磁場強(qiáng)度。
[0101] 所述若干繞組22分別繞在鋁質(zhì)管道21外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣漆 制成。各繞組22都是相互獨立設(shè)置的，分別由相應(yīng)的磁化電流輸出模塊25控制，其中電流根 據(jù)系統(tǒng)需要各不相同。由于每圈繞組22相互獨立，其引出端會造成該線圈組成的電流環(huán)不 是真正的"圓"，而是有個缺口，這會造成鋁質(zhì)管道21內(nèi)磁場的徑向分布不均勻，從而影響磁 化效果。為解決此問題，本創(chuàng)作的每圈繞組22都由正繞組26和逆繞組27組成，目的是為了產(chǎn) 生同極性方向的磁場并同時彌補(bǔ)缺口造成的磁場不均衡。正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小相 等。在鋁質(zhì)管道21軸線方向上排列有多對正逆繞組，通過不同的電流，用以形成前述要求的 非均勾磁場。
[0102] 所述鐵質(zhì)外殼23包覆于鋁質(zhì)管道21上，鐵質(zhì)的材料會屏蔽掉大部分的磁通。所述 法蘭24焊接在鋁質(zhì)管道21的兩端。
[0103] 每一磁化電流輸出模塊25連接至一繞組22,并由ECU10控制，其利用數(shù)字電位計具 有和ECU10實時通訊并實時修改阻值的特點，實現(xiàn)非均勻磁場的實時控制。所述磁化電流輸 出模塊25使用的數(shù)字電位計為AD5206,具有6通道的輸出，可以和ECU之間實現(xiàn)單總線數(shù)據(jù) 傳輸。ECU通過單總線實現(xiàn)對磁化繞組的多塊磁化電流輸出模塊的電流設(shè)定和恒定輸出。運 放AD8601和M0S管2N7002通過負(fù)反饋實現(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、大電流的運放0ΡΑ 549。
[0104] 所述離心裝置3使油液在離心作用下，質(zhì)量較大的磁化顆粒被甩向腔壁，而油液中 的氣泡則在離心力作用下移向管道的中心軸線處，其選用旋流離心模塊3。
[0105] 所述旋流離心模塊3采用沿程起旋的方式，其設(shè)計原理如下: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和軸向平直流動，流體中攜帶的 顆粒物產(chǎn)生偏軸線向心螺旋運動。該旋流離心模塊3由旋流管壁31、第一導(dǎo)流片32、第二導(dǎo) 流片33、步進(jìn)電機(jī)34以及流量傳感器35等幾部分組成，所述步進(jìn)電機(jī)34和流量傳感器35電 性連接至E⑶10。
[0106] 其中，所述第一導(dǎo)流片32設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片32沿管壁31內(nèi)圓周隔120°均 勻分布，其安放角（第一導(dǎo)流片32和旋流管壁31之間的夾角）設(shè)為18°，以保證最佳切向流 動。所述第二導(dǎo)流片33和第一導(dǎo)流片32結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片32后，并和第一導(dǎo)流 片32錯開60°連接在管壁31內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C，用于減少阻力并加大周向流動的強(qiáng)度。 另外，可根據(jù)實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)34連接并驅(qū)動第一導(dǎo)流片32和第二導(dǎo)流片33,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32、33適應(yīng)不同的工況。所述流量傳感器35設(shè)置在管壁31內(nèi)的中央，E⑶10 通過讀取流量傳感器35的數(shù)值分析旋流分離效果，并據(jù)此控制步進(jìn)電機(jī)34,步進(jìn)電機(jī)34調(diào) 節(jié)各導(dǎo)流片32、33的安放角，以獲得更加分離效果。
[0107] 進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流片32的長邊與管壁31相連，短邊33沿管壁31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31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31直徑的1.8倍，以保證較大的對油液的 作用范圍。
[0108] 所述旋轉(zhuǎn)磁場裝置4由鋁質(zhì)管道41、鐵質(zhì)外殼42、三相對稱繞組43、法蘭44以及三 相對稱電流模塊45組成。所述三相對稱繞組43繞在鋁質(zhì)管道41外。所述鐵質(zhì)外殼42包覆于 鋁質(zhì)管道41上。所述法蘭44焊接在鋁質(zhì)管道41的兩端。所述三相對稱電流模塊45連接所述 三相對稱繞組43，并由E⑶10控制。
[0109] 所述旋轉(zhuǎn)磁場裝置4的工作原理如下：由于聚合大顆粒的絕對質(zhì)量較小，經(jīng)旋流離 心模塊3初步離心后，磁化聚合大顆粒雖已被甩離管道軸線，但尚未接近管壁，需要進(jìn)行二 次離心。磁化聚合大顆粒隨油液進(jìn)入所述旋轉(zhuǎn)磁場裝置4后，三相對稱繞組43中流過三相對 稱電流，該電流在鋁質(zhì)管道41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)，同時向鋁質(zhì)管道41管壁運動。合理調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度即 可使油液中的顆粒從油液中"分離"出來，聚集在鋁質(zhì)管道41管壁附近，便于后續(xù)吸附。
[0110] 所述吸附模塊5用于吸附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場裝置4離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大 微粒。所述吸附模塊5采用同極相鄰型吸附環(huán)時，該同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道51、 正向螺線管52、反向螺線管53以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反 向螺線管53分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECU10控制，兩者通有方向相反的電流，使得 正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于鋁質(zhì)環(huán)形管 道51的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、以及正向螺線管52和反向螺 線管53軸線的中間點。
[0111] 所述同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計原理如下：吸附環(huán)內(nèi)部有多個帶鐵芯的通電螺線 管，相鄰的螺線管線圈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。同時，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中間點 的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為順磁性鋁質(zhì) 外管壁，這種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場強(qiáng)度，增強(qiáng)對顆粒的捕獲吸附 能力。各螺線管電流由ECU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。吸附完成后，ECU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 上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測模塊。
[0112] 進(jìn)一步的，所述吸附裝置5也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)時，該帶電擊錘 的同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54、隔 板55、電擊錘56以及電磁鐵57等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反向螺線管53分別布 置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECU10控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管52和反 向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51的內(nèi)壁上，其 位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、以及正向螺線管52和反向螺線管53軸線的中間 點。所述電擊錘56和電磁鐵57位于隔板55之間。所述電磁鐵57連接并能推動電擊錘56,使電 擊錘56敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道52內(nèi)壁。所述ECU10電性連接并控制正向螺線管52、反向螺線管53 和電磁鐵57。
[0113] 所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計原理如下：吸附環(huán)內(nèi)部有多個帶鐵芯 的通電螺線管，相鄰的螺線管線圈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。同時，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 軸線中間點的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為 順磁性鋁質(zhì)外管壁，這種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場強(qiáng)度，增強(qiáng)對顆粒 的捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU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。相鄰螺線管之間還設(shè)有由電磁鐵控制的電錘，兩端通過隔板和螺 線管磁隔離。這一電擊錘的設(shè)置用于防止顆粒在鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽處大量堆積，影響吸附效果。此 時，通過電磁鐵控制電錘敲擊吸附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開。同時，在清 洗吸附環(huán)時，電擊錘的敲擊還可以提高清洗效果。吸附完成后，通過電磁鐵控制電錘敲擊吸 附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開，隨后ECU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隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測模塊。
[0114] 請參閱說明書附圖18-1至附圖18-4所示，所述相鄰電容微粒監(jiān)測模塊6在線監(jiān)測 液壓管路中磨損微粒狀況。所述相鄰電容微粒監(jiān)測模塊6由有機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽層 62、接收極板63、激勵極板64以及外壁65等幾部分組成。其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽 層62和外壁65呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置。
[0115] 所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5(液壓油的介電常數(shù)約2.1左 右），和液壓油的介電常數(shù)接近，因此邊緣電容為固定值；當(dāng)有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面堆滿磁化聚 合大顆粒時，磁化聚合大顆粒、液壓油與有機(jī)玻璃內(nèi)壁形成混合電介質(zhì)，對傳感器邊緣電容 共同作用，磁化聚合大顆粒的介電常數(shù)通常大于10,是液壓油和有機(jī)玻璃內(nèi)壁的介電常數(shù) 的數(shù)倍，足夠引起電容傳感器邊緣電容的明顯變化，因此可利用相鄰電容傳感器電容值的 變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn)而實現(xiàn)對磨損微粒的實施監(jiān)測。
[0116] 基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器性能主要取決于穿透深度(電場線的穿透深 度）、信號強(qiáng)度（電容值的大?。┮约霸肼曇种?、測量靈敏度(對電壓變化或電場變化的靈敏 度)和傳感器的測量動態(tài)范圍?，F(xiàn)有的相鄰電容傳感器測量得到的電容值很微弱，通常為PF 級甚至更小，對金屬微粒等低介電常數(shù)的介質(zhì)的測量效果則更差，因此提升傳感器輸出信 號強(qiáng)度尤為關(guān)鍵。同時，信號強(qiáng)度和穿透深度兩個指標(biāo)是相互沖突的，這也是該傳感器性能 提升難點。
[0117] 相鄰電容傳感器信號強(qiáng)度與傳感器極板面積，極板間距，以及傳感器與待測物體 間的距離，待測物的介電常數(shù)都有著很大的關(guān)系。經(jīng)磁化聚合、離心和吸附處理的磨損微粒 在有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面聚集，顆粒數(shù)量的增加導(dǎo)致油液介電常數(shù)的增大，顆粒聚合帶來的粒 徑增大也使得油液介電常數(shù)的增大，同時磁化也有增加介電常數(shù)的功能，三者同時作用，大 大加強(qiáng)了信號強(qiáng)度;而又由于顆粒緊貼有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面，對穿透深度要求幾乎為零，也解 決了指標(biāo)沖關(guān)問題。
[0118] 由于相鄰電容傳感器輸出信號強(qiáng)度非常微弱，噪聲對測量結(jié)果的影響顯著。通常 噪聲主要來源于兩方面，傳感器自身的噪聲和環(huán)境噪聲。為此設(shè)計了接地屏蔽層來降低傳 感器自身噪聲，接地屏蔽層62的介電常數(shù)為1.5-2.5，屏蔽層厚度為相鄰電容傳感器外壁65 厚度的1到2倍之間為佳，以保證測量靈敏度。
[0119] 所述接收極板63、激勵極板64嵌設(shè)在接地屏蔽層62上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁61外側(cè)， 兩者之間形成間隙磁場66,用于檢測聚合顆粒67。所述接收極板63、激勵極板64均采用有效 邊緣長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層。該皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵極板63、接 收極板64組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有的點，得到一條充滿整個正方形極板層空 間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具有最長有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜 結(jié)構(gòu)，增加了有效極板面積與極板邊緣，增加了傳感器邊緣電容值，降低了對外部接口電路 靈敏度的要求。由此可獲得最佳信號強(qiáng)度，傳感器激勵極板與接收極板采用弧形邊緣也避 免了極板拐角處的高靈敏性與不穩(wěn)定性。進(jìn)一步的，所述接收極板63、激勵極板64兩者之間 設(shè)有隔離層69;所述隔離層69的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍，其能有效的將接收極 板63、激勵極板64隔離。
[0120] 所述消磁模塊7的一端設(shè)有油液出口 92，其由剩磁傳感器和消磁器組成。由于磁滯 現(xiàn)象的存在，當(dāng)鐵磁材料磁化到飽和狀態(tài)后，即使撤消外加磁場，材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍回 不到零點，需要外加磁場消磁。為了防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對污染敏感液壓元件造成 損傷，所述消磁模塊7根據(jù)消磁器出口處剩磁傳感器的檢測值控制消磁器的消磁強(qiáng)度。此處 采用的消磁方法為電磁退磁，方法是通過加一適當(dāng)?shù)姆聪虼艌?，使得材料中的磁感?yīng)強(qiáng)度 重新回到零點，且磁場強(qiáng)度或電流必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步降低。
[0121] 請參閱說明書附圖19所示，所述磨損微粒在線監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括所述ECU10,其 可選擇Microchip公司的PIC16F877。所述濾波器8、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫 度傳感器、磁化電流輸出模塊25、機(jī)械離心模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊4、吸附模塊5、相鄰電 容微粒監(jiān)測模塊6均電性連接至E⑶上，并受E⑶控制。
[0122] 采用上述磨損微粒在線監(jiān)測裝置對液壓有中的磨損微粒監(jiān)測包括如下方法：
[0123] 1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過濾波器8,通過濾波器8衰減液壓系統(tǒng)中 的高、中、低頻段的脈動壓力，以及抑制流量波動；
[0124] 2)，通過溫控模塊控制油液溫度恒定在42°C ;
[0125] 3)，磁化模塊2將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成 大顆粒
[0126] 4)，磁化聚合顆粒在機(jī)械離心模塊3中初步離心；
[0127] 5)，旋轉(zhuǎn)磁場模塊4對磁化聚合顆粒進(jìn)行二次離心；
[0128] 6)，吸附模塊5吸附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場模塊4離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒；
[0129] 7)，通過相鄰電容微粒監(jiān)測模塊6在線監(jiān)測液壓管路中磨損微粒狀況
[0130] 8)，消磁模塊7給磁化顆粒消磁，防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對污染敏感液壓元 件造成損傷。
[0131] 以上的【具體實施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實施例，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】
1. 一種用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在于:其采用一種監(jiān) 測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附 模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測模塊以及消磁模塊;其中，所述濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械 離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測模塊和消磁模塊依次連接;所 述濾波器的一端設(shè)有油液入口，其包括輸入管、外殼、輸出管、彈性薄壁、Η型濾波器以及串 聯(lián)Η型濾波器;其中，所述輸入管連接于外殼的一端;所述輸出管連接于外殼的另一端;所述 彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)；所述輸入管、輸出管和彈性薄壁共同形成一 C型容腔 濾波器;所述彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔;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;所述彈性薄壁和外殼之間形成串聯(lián)共振容腔I以及并聯(lián) 共振容腔;所述串聯(lián)共振容腔I的外側(cè)設(shè)一串聯(lián)共振容腔II，所述串聯(lián)共振容腔I和串聯(lián)共 振容腔II之間通過若干均勻排布的錐形插入管連通;所述Η型濾波器位于并聯(lián)共振容腔內(nèi)， 其和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔相連通;所述串聯(lián)Η型濾波器位于串聯(lián)共振容腔I和串聯(lián)共振容腔II 內(nèi)，其亦和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔相連通;所述Η型濾波器和串聯(lián)Η型濾波器軸向呈對稱設(shè)置，并 組成串并聯(lián)Η型濾波器；所述消磁模塊的一端設(shè)有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組 成； 其包括如下步驟： 1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過濾波器，通過濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的高、 中、低頻段的脈動壓力，以及抑制流量波動； 2 )，通過溫控模塊控制油液溫度恒定在42 °C ; 3) ，磁化模塊將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成大顆 粒 4) ，磁化聚合顆粒在機(jī)械離心模塊中初步離心； 5) ，旋轉(zhuǎn)磁場模塊對磁化聚合顆粒進(jìn)行二次離心； 6) ，吸附模塊吸附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場模塊離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒； 7) ，通過相鄰電容微粒監(jiān)測模塊在線監(jiān)測液壓管路中磨損微粒狀況 8) ，消磁模塊給磁化顆粒消磁。2. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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 串聯(lián)共振容腔I和并聯(lián)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 口較寬處位于串聯(lián)共振容腔II內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形插入管和錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的 位置相互錯開。3. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:所述溫控模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測的重慶金 鴻的潤滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片管； 溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。4. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊;其 中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內(nèi) 的電流大小相等;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 磁化電流輸出模塊連接至一繞組。5. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)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。6. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:所述旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊包括鋁質(zhì)管道、鐵質(zhì)外殼、三相對稱繞組、法蘭以及三相對稱電 流模塊;所述三相對稱繞組繞在鋁質(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;所述三相對稱電流模塊連接所述三相對稱繞組。7. 如權(quán)利要求6所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(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。8. 如權(quán)利要求6所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:所述吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán);所述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； 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 磁鐵連接并能推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。9. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:所述相鄰電容微粒監(jiān)測模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵極板以及 外壁;其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置;所述機(jī) 玻璃內(nèi)壁的厚度為〇.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5,厚度為 外壁厚度的1到2倍;所述接收極板、激勵極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外 側(cè);所述接收極板、激勵極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔 離層的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。10. 如權(quán)利要求1所述的用濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征在 于:其進(jìn)一步包括一 ECU，所述濾波器、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁 化電流輸出模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測模塊均 電性連接至E⑶上。
【文檔編號】G01N27/24GK106018501SQ201610312160
【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