[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

本發明公開了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，所述檢測傳感器由傳感器入口、陶瓷骨架、第一激勵線圈、感應線圈、第二激勵線圈、傳感器出口和高磁導鐵芯共同組成；第一激勵線圈、感應線圈和第二激勵線圈均繞制在陶瓷骨架處，第一激勵線圈和第二激勵線圈分別位于感應線圈的兩側，感應線圈位于陶瓷骨架的中部，第一激勵線圈和第二激勵線圈并聯連接，傳感器入口和傳感器出口設置在陶瓷骨架的左右兩側，本發明通過為傳統平行三線圈式傳感器線圈外側添加特定厚度的高磁導率材料，并在線圈內徑中部開有窄帶縫隙，以此來進一步提高傳感器檢測靈敏度，增強傳感器對磨損顆粒的檢測能力。

技術領域

本發明涉及一種檢測傳感器，特別涉及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，屬于機械系統潤滑油液金屬磨損顆粒在線監測技術領域。

背景技術

電磁式磨損顆粒檢測傳感器被廣泛應用于大型機械裝備磨損狀態監測領域。該類傳感器可對機械設備潤滑油液中所攜帶的不同磁特性（鐵磁性和非鐵磁性）材料的金屬磨損顆粒粒度及數量分布信息進行檢測。所得結果可綜合表征機械設備的實時磨損狀態，并通過對上述磨損顆粒信息進行長時間歷程的監測統計，可進一步得到機械設備磨損程度變化規律，以為機械設備壽命預測提供重要的檢測數據。

目前，電磁式磨損顆粒檢測傳感器技術雖取得了一定程度的進步，但仍然面臨著檢測靈敏度不足難以對大型機械裝備初期異常磨損階段進行有效檢測的問題。具體表現為：大型通用機械設備初期異常磨損階段磨損顆粒粒度范圍一般為20μm~100μm，而目前最為先進的電磁式磨損顆粒檢測傳感器MetalScan也僅能檢測到直徑100μm鐵磁性磨損顆粒和300μm非鐵磁性顆粒。此外，隨著以航天技術、精密儀器為代表的精密機械系統的快速發展，對更高靈敏度的磨損顆粒檢測傳感器的需求也逐漸增加。因此，研究更高靈敏度的微小磨損顆粒檢測傳感器已成為目前一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供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，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：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，所述檢測傳感器由傳感器入口、陶瓷骨架、第一激勵線圈、感應線圈、第二激勵線圈、傳感器出口和高磁導鐵芯共同組成；

第一激勵線圈、感應線圈和第二激勵線圈均繞制在陶瓷骨架處，第一激勵線圈和第二激勵線圈分別位于感應線圈的兩側，感應線圈位于陶瓷骨架的中部，第一激勵線圈和第二激勵線圈并聯連接，傳感器入口和傳感器出口設置在陶瓷骨架的左右兩側。

作為本發明的一種優選技術方案，所述高磁導鐵芯設置在第一激勵線圈的四周、感應線圈的三側和第二激勵線圈的四周，且位于第一激勵線圈內側和第二激勵線圈內側的高磁導鐵芯設置有空隙。

作為本發明的一種優選技術方案，所述第一激勵線圈四周、感應線圈三側和第二激勵線圈四周的高磁導鐵芯的厚度為核心參數。

作為本發明的一種優選技術方案，所述第一激勵線圈內側和第二激勵線圈內側的高磁導鐵芯的空隙位置、寬度均為核心參數。

作為本發明的一種優選技術方案，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，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Wp為：

磨損顆粒通過時，引起的局部磁場磁能變化ΔWp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：