基于XRF技术的航空发动机油液在线监测系统研究

论文摘要

航空发动机的结构非常复杂,且工作在恶劣环境下较易发生各种机械类故障,作为飞行器的“心脏”,其运行状况直接影响飞机的正点飞行和安全。因此,航空发动机状态监测与故障诊断一直是国内外专家研究的热点之一。油液分析技术又是常用发动机状态监测中较为先进可靠的方法之一。其中,XRF分析法又是未来的发展趋势之一,是油液分析的一个重要组成部分。XRF分析法是利用放射性同位素源发出的γ射线照射样品,使样品受激后发出X射线荧光,然后通过对X射线荧光强度的测量,确定样品中待测元素含量的一种分析方法。本文首先在对航空发动机油液分析传统技术和最新技术及其传感器进行充分研究的基础上,预测了该项技术的发展趋势;其次,对XRF技术的基本原理做了详细介绍,进而构建了航空发动机油液XRF在线监测系统;接着结合实例运用传统金相显微镜和最新的XRF技术对某型民航发动机的滑油进行了分析,得到了其携带故障信息油液的能谱图,并与正常油液进行对比分析,制定出相应的界限值,来区分发生故障与正常两种状态;最后设计出一套实用的基于元素分析的航空发动机智能诊断系统。XRF分析法通常是用在固体和粉末的检测,本文将XRF方法引入到油液分析领域是一次新的尝试,并且由于采用放射性同位素作为放射源,使之在航空发动机在线监测上的应用成为了可能。本文的航空发动机油液XRF在线监测系统可以对航空发动机的故障进行早期预报,提高设备的可靠性,延长设备的使用寿命,降低设备全寿命周期费用,这些优势是离线检测无法很好达到的。因而,该项技术具有广泛的应用前景,可以带来巨大的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 航空发动机油液分析技术的研究现状
• 1.2.1 滑油性能分析
• 1.2.2 污染度分析
• 1.2.3 磨粒分析
• 1.3 航空发动机油液分析技术的发展趋势
• 1.3.1 油液监测信息融合
• 1.3.2 随行
• 1.3.3 智能设备
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 油液分析的最新技术及传感器
• 2.1 滑油性能分析
• 2.1.1 润滑油抗氧化剂测定仪RULER
• 2.1.2 TRW 的嵌入式油液粘度传感器
• 2.1.3 Pall 公司的新型薄膜聚合体电容水分传感器
• 2.1.4 多波段非色散型红外（NDIR）光谱仪
• 2.1.5 Kavlico 油品质传感器和Lubrigard 介电常数传感器
• 2.1.6 Foster-Miller 公司的油液状态监测器
• 2.2 污染度分析
• 2.2.1 dCA 便携式污染监测仪
• 2.2.2 便携式油液颗粒计数器
• 2.3 磨粒分析
• 2.3.1 MetalSCAN 油液磨损金属监测传感器
• 2.3.2 Vickers Tedeco 的定量碎屑监测器
• 2.3.3 便携式污染颗粒测量仪LaserNet Fines-C
• 2.3.4 嵌入式X 荧光光谱仪
• 2.4 本章小结
• 第三章 XRF 技术基本原理与系统构建
• 3.1 核物理基础
• 3.1.1 原子结构和荧光产额
• 3.1.2 射线和物质的相互作用
• 3.1.3 XRF 的能量色散法
• 3.2 系统原理及简介
• 3.3 能量色散装置
• 3.3.1 放射源
• 3.3.2 能量色散装置与油液进样方式
• 3.3.3 能量选择滤光片
• 3.3.4 X 射线探测器
• 3.4 电子线路
• 3.4.1 XRF 分析系统的线路要求
• 3.4.2 放大器
• 3.5 多道分析仪MCA
• 3.6 能谱
• 3.6.1 能谱数据的特点
• 3.6.2 能谱数据处理方法
• 第四章 XRF 在航空发动机故障中的诊断应用研究
• 4.1 滑油金属元素来源
• 4.2 实验
• 4.3 实验结果
• 4.4 结论
• 第五章 航空发动机油液XRF 在线监测系统开发
• 5.1 总体设计
• 5.2 软件系统设计与实现
• 5.2.1 开发环境
• 5.2.2 数据库接口
• 5.3 数据采集
• 5.4 系统软件实现及简介
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文