电磁式金属磨粒传感器理论与实验研究

论文摘要

油液监测是装备状态监控与故障诊断的一种重要方式,受到越来越多的关注。作为油液监测的重要内容,在线油液磨粒监测技术能够实时、有效获取复杂机械系统滑油中的磨粒信息,对于设备关键部件的磨损评估及早期故障诊断具有重要意义。在众多在线式油液磨粒监测传感器中,电磁式磨粒监测传感器,因其结构原理简单、实时性好、灵敏度高、反应快速,在油液监测领域中展现出广阔的前景。本文对一种基于电磁理论的在线磨粒监测传感器进行了理论与实验研究,主要研究内容包括:1.以三段式双激励螺线管为原理模型,建立了传感器螺线管内部中心轴线上任意一点磁感应强度和敏感线圈输出信号的理论模型,建模过程中重点考虑了铜线直径大小对多层螺线管建模时的影响。对模型进行了数值仿真,得出了传感器各结构参数、磨粒尺寸和流速对测量线圈输出信号的影响规律。2.基于电磁仿真软件,对传感器螺线管结构进行了电磁仿真,分析了激励电压、激励频率、磨粒尺寸和油液流速对敏感线圈输出信号的影响,分析结果为传感器结构参数的优化和信号处理系统的设计提供了理论指导。3.以理论模型和电磁仿真结果为参考,设计了电磁型金属磨粒传感器,主要包括螺线管结构和信号处理系统。设计了实验方案和实验平台,通过单颗粒样本测试和模拟实际工作环境的油路循环测试,实验验证了传感器对金属颗粒的检测能力。4.在小磨粒情况下,由于受背景噪声的干扰,传感器敏感线圈输出信号的信噪比较低。针对这一问题,在对信号进行了预处理和傅里叶分析的基础上,重点研究了小波阈值去噪方法,增强了输出信号的信噪比,提高了传感器对微小金属磨粒的分辨能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外油液磨粒监测技术研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 磨粒监测传感器信号去噪方法的研究现状
• 1.3 论文研究内容与结构安排
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文结构安排
• 第二章 电磁式金属磨粒传感器理论建模与仿真
• 2.1 传感器理论建模
• 2.2 传感器数值仿真
• 2.3 本章小结
• 第三章 传感器结构设计及有限元分析
• 3.1 传感器结构设计
• 3.1.1 传感器螺线管设计
• 3.1.2 传感器整体结构设计
• 3.2 传感器有限元分析
• 3.2.1 电磁仿真软件介绍
• 3.2.2 传感器三维实体建模
• 3.2.3 传感器材料和激励给定
• 3.2.4 不同激励频率下的传感器仿真分析
• 3.2.5 不同流速下的传感器仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 传感器信号处理系统设计
• 4.1 传感器信号处理系统
• 4.2 传感器信号处理系统硬件设计
• 4.2.1 核心控制单元
• 4.2.2 电源模块设计
• 4.2.3 通讯模块设计
• 4.2.4 放大电路设计
• 4.3 传感器信号处理系统软件设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 油液监测实验系统设计与实验分析
• 5.1 实验系统设计
• 5.1.1 实验台设计方案
• 5.1.2 实验样本
• 5.2 实验方案
• 5.2.1 单颗粒实验
• 5.2.2 实验台油路循环实验
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 单颗粒测试实验分析
• 5.3.2 循环油路测试实验分析
• 5.4 信号降噪方法研究
• 5.4.1 信号预处理
• 5.4.2 小波去噪
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果