用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用液壓濾波、電磁離心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、旋流離心模塊、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行磨損微粒監(jiān)測；濾波器采用全頻段變結(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、旋流離心和旋轉(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】用液壓濾波、電磁離心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)測方法，具體涉及一種用液壓 濾波、電磁離心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 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)新的用液壓濾波、電磁離心和相 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液壓濾波、電磁離心和相鄰 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)測信號強且 靈敏度高、低成本、環(huán)境適應(yīng)性強。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的 磨損微粒監(jiān)測方法，其采用一種監(jiān)測裝置，該裝置包括濾波器、溫控模塊、磁化模塊、旋流離 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、旋流離心模塊、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、S型彈性薄壁、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S型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 通過一錐形插入管連通;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)，磁化聚合顆粒在旋流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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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°。
[0019] 本發(fā)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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、步進電機以及流量傳感器;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ο. 4倍，長度為管壁直 徑的1.8倍;所述步進電機連接并驅(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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為: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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法進一步為:所述 相鄰電容微粒監(jiān)測模塊包括有機玻璃內(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 度為有機玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。
[0026] 本發(fā)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法還為:其包括一 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、旋 流離心模塊、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度并巧妙解決了信號強度和穿透深度指標(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、旋流離心模塊、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)明的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測裝置的結(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S型容腔濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ]圖9是S型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)明為一種用液壓濾波、電磁離心和相鄰電 容的磨損微粒監(jiān)測裝置，其由濾波器8、溫控模塊1、磁化模塊2、旋流離心模塊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、旋流離心模塊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、S型彈性薄壁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10%以上的濾波效果。
[0060]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。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L一收縮腔長度D-膨脹腔直徑Ζ-特性阻抗 [0063] γ-透射系數(shù)f一壓力波動頻率cU-輸入管直徑d-收縮腔直徑
[0064] lu-膨脹腔系數(shù)k2-收縮腔系數(shù)
[0065] 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。同時，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。濾波器的輸入管和輸出管不在同一軸線上，可以提高10%以上的濾波效果。
[0066]所述S型容腔濾波器的設(shè)計原理如下：當(dāng)變化的流量通過輸入管進入S型容腔的膨 脹腔時，液流超過平均流量，擴大的膨脹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。多級膨脹腔和收縮腔的組合則提高了濾波器的脈動壓力吸收 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。
[0067]所述S型彈性薄壁87通過受迫機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S型彈性薄壁固有頻率為：
[0069] 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
[0070] 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
[0071] η- s型彈性薄壁的載流因子μ-S型彈性薄壁的泊松比。
[0072] 代入實際參數(shù)，對上式進行仿真分析可以發(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，可實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的中高頻壓力脈動的有 效衰減。
[0073]所述S型彈性薄壁87的設(shè)計原理如下：管道中產(chǎn)生中頻壓力脈動時，S型容腔對壓 力波動的衰減能力較弱，流入濾波器S型容腔的周期性脈動壓力持續(xù)作用在S型彈性薄壁87 的內(nèi)外壁上，由于內(nèi)外壁之間有支柱固定連接，內(nèi)外彈性薄壁同時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，典型值為小于〇· lmm〇
[0074]進一步的，所述S型彈性薄壁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1183,所述串聯(lián)共振容腔184和串 聯(lián)共振容腔1183之間通過一錐形插入管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。
[0075]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：
[0077] a一一介質(zhì)中音速U-一阻尼孔長Di-一阻尼孔直徑 [0078] L2一一并聯(lián)共振容腔高度D2-一并聯(lián)共振容腔直徑。
[0079] 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：
[0082] a-介質(zhì)中音速h-阻尼孔長cb-阻尼孔直徑13-共振管長 [0083] 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 [0084] 14一串聯(lián)共振容腔2高度d 4-串聯(lián)共振容腔2直徑。
[0085] 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820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。
[0086]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。
[0087] 進一步的，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。
[0088] 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、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)；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，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的壓力脈動衰減能力。
[0089] 采用本發(fā)明的液壓濾波器進行液壓脈動濾波的方法如下：
[0090] 1)，液壓流體通過輸入管進入S型容腔濾波器，擴大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動的濾波；
[0091] 2)，通過S型彈性薄壁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；
[0092] 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；
[0093] 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、S型容腔濾波器長度和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，實現(xiàn)系統(tǒng)工況改變時壓力脈動的濾波；
[0094] 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。
[0095] 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。
[0096] 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。
[0097] 所述磁化裝置2能將油液中攜帶的磨損微粒的強力磁化，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度。同時，由電磁學(xué)理論可知，磁場強 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。
[0098] 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。
[0099] 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。
[0100] 但磁場太強或太弱都很難取得好的磁處理效果。當(dāng)磁感應(yīng)強度在某一值附近時， 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度，典型值為磁場強度在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)強度應(yīng)設(shè)計為在油液流入的一端 較強，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。
[0101] 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度。
[0102] 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。
[0103] 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。
[0104] 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。
[0105] 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。
[0106] 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、步進電機34以及流量傳感器35等幾部分組成，所述步進電機34和流量傳感器35電 性連接至E⑶10。
[0107] 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。所述步進電 機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，EOT 10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)此控制步進電機34,步進電機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。
[0108] 進一步的，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。
[0109] 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。
[0110] 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，需要進行二 次離心。磁化聚合大顆粒隨油液進入所述旋轉(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，同時向鋁質(zhì)管道41管壁運動。合理調(diào)節(jié)磁場強度即 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。
[0111] 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。
[0112] 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)壁處的磁場強度，增強對顆粒的捕獲吸附 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入相鄰電容微粒監(jiān)測模塊。
[0113] 進一步的，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。
[0114] 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)壁處的磁場強度，增強對顆粒的 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入相鄰電容微粒監(jiān)測模塊。
[0115] 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。
[0116] 所述機玻璃內(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，進而實現(xiàn)對磨損微粒的實施監(jiān)測。
[0117] 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）、信號強度（電容值的大?。┮约霸肼曇种啤y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 號強度尤為關(guān)鍵。同時，信號強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。
[0118] 相鄰電容傳感器信號強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 大加強了信號強度;而又由于顆粒緊貼有機玻璃內(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。
[0119] 由于相鄰電容傳感器輸出信號強度非常微弱，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。
[0120]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。
[0121 ]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)強度仍回 不到零點，需要外加磁場消磁。為了防止磁化微粒進入液壓回路，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)強度 重新回到零點，且磁場強度或電流必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步降低。
[0122] 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、旋流離心模塊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。
[0123] 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：
[0124] 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；
[0125] 2)，通過溫控模塊控制油液溫度恒定在42°C ;
[0126] 3)，磁化模塊2將油液中攜帶的磨損微粒的強力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成 大顆粒
[0127] 4)，磁化聚合顆粒在旋流離心模塊3中初步離心；
[0128] 5)，旋轉(zhuǎn)磁場模塊4對磁化聚合顆粒進行二次離心；
[0129] 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；
[0130] 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
[0131] 8)，消磁模塊7給磁化顆粒消磁，防止磁化微粒進入液壓回路，對污染敏感液壓元 件造成損傷。
[0132] 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、改進等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 用液壓濾波、電磁離心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) 測裝置，該裝置包括濾波器、溫控模塊、磁化模塊、旋流離心模塊、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、旋流 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、S型彈性薄壁、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S型彈性薄 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之間通過一錐形插入管連通;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) ，磁化聚合顆粒在旋流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所述的用液壓濾波、電磁離心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Π 內(nèi)，其錐度角為10°。3. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、電磁離心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所述的用液壓濾波、電磁離心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所述的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特征 在于: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、步進電機以及流量傳感 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〇. 4倍，長度 為管壁直徑的1.8倍;所述步進電機連接并驅(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所述的用液壓濾波、電磁離心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所述的用液壓濾波、電磁離心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所述的用液壓濾波、電磁離心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所述的用液壓濾波、電磁離心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 離層的寬度為有機玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。10. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、電磁離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測方法，其特 征在于:其進一步包括一 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、旋流離心模塊、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】G01N15/06GK106018218SQ201610313317
【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