[發明專利]一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器

在審

• 申請號: 202110378665.6
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113125314A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 賈然;范辰;王文平;王立勇
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02
• 代理公司: 湖南楚墨知識產權代理有限公司 43268
• 代理人: 陳曉娟

1.一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器，其特征在于，所述檢測傳感器由傳感器入口(6)、陶瓷骨架(7)、第一激勵線圈(8)、感應線圈(9)、第二激勵線圈(10)、傳感器出口(11)和高磁導鐵芯(12)共同組成；

第一激勵線圈(8)、感應線圈(9)和第二激勵線圈(10)均繞制在陶瓷骨架(7)處，第一激勵線圈(8)和第二激勵線圈(10)分別位于感應線圈(9)的兩側，感應線圈(9)位于陶瓷骨架(7)的中部，第一激勵線圈(8)和第二激勵線圈(10)并聯連接，傳感器入口(6)和傳感器出口(11)設置在陶瓷骨架(7)的左右兩側。

2.根據權利要求1所述的一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器，其特征在于，所述高磁導鐵芯(12)設置在第一激勵線圈(8)的四周、感應線圈(9)的四周和第二激勵線圈(10)的四周，且位于第一激勵線圈(8)內側、感應線圈(9)內側和第二激勵線圈(10)內側的高磁導鐵芯(12)設置有空隙。

3.根據權利要求1所述的一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器，其特征在于，所述第一激勵線圈(8)四周、感應線圈(9)四周和第二激勵線圈(10)四周的高磁導鐵芯(12)的厚度為核心參數。

4.根據權利要求1所述的一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器，其特征在于，所述第一激勵線圈(8)內側、感應線圈(9)內側和第二激勵線圈(10)內側的高磁導鐵芯(12)的空隙位置、寬度均為核心參數。

5.一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒在線檢測方法，基于權利要求1-4所述的一種外包裹高磁導率材料的高靈敏度金屬磨損顆粒檢測傳感器，其特征在于，包括以下內容：

磨損顆粒通過電感式傳感器內部的磁場時，顆粒內部及周圍空氣中磁感應強度的變化會共同導致磨損顆粒位置處磁場發生磁能變化，在傳感器內部磁場中，磨損顆粒內部磁能W_p為：

磨損顆粒通過時，引起的局部磁場磁能變化ΔW_p為：

式中V_p為磨損顆粒體積，W_p0為與磨損顆粒同體積的空氣中背景磁場的磁能；

由上式可知，在傳感器內部磁場中磨損顆粒內部的磁能以及所引起的磁能變化均與背景磁感應強度的平方及磨損顆粒半徑的三次方成正比；

磨損顆粒周圍空氣中總磁能W_a為：

磨損顆粒引起的磁能變化ΔW_a可分別表達為：

此時，傳感器磁場內磨損顆粒的總磁能變化ΔW_mf可表達為：

ΔW_mf＝ΔW_p+ΔW_a

為電感式傳感器激勵線圈添加高磁導率鐵芯后，鐵芯在傳感器內部磁場中產生磁能損耗p_core為：

和線圈互感磁能變化量ΔWM為：

ΔW_M＝ΔΦ₁₂·I₂

式中：H為傳感器內部磁場強度；V為高磁導率鐵芯體積；t為磨損顆粒通過單個激勵線圈所用時間；ΔΦ₁₂為添加高磁導率鐵芯后產生的磁通變化量。

因此，添加高磁導率鐵芯的電感式傳感器磁場內磨損顆粒的剩余磁能變化量ΔW_mf-core可表達為：

式中：K為高磁導率鐵芯磁能損耗系數。

根據上式可見，磨損顆粒通過傳感器內部磁場時導致的剩余磁能變化主要與背景磁感應強度及磨損顆粒半徑有關，磨損顆粒半徑一定時，添加高磁導率鐵芯使傳感器背景磁感應強度及線圈互感磁能增加，從而引起磨損顆粒通過傳感器時剩余磁能變化的增大，但同時鐵芯在傳感器內部磁場中產生的磁能損耗會對剩余磁能變化的增大產生一定削弱作用。