[發明專利]基于電磁層析成像技術的滑油磨粒在線監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202110394471.5
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113092322A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉向龍;王營;任航麗;岳偉超;錢曉亮;劉玉翠;李林偉
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02;G01N27/90
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發明提出了一種基于電磁層析成像技術的滑油磨粒在線監測裝置及方法，用以解決現有滑油磨粒在線監測易受環境影響，無法檢測磨粒大小和位置的問題。本發明的監測裝置包括通道切換模塊和圖像重建計算機，通道切換模塊與小尺度雙平面電磁層析成像傳感器相連接，小尺度雙平面電磁層析成像傳感器包括激勵線圈和檢測線圈，激勵線圈和檢測線圈均設置在滑油管路上；通道切換模塊與信號處理電路相連接，信號處理電路與圖像重建計算機相連接，圖像重建計算機與單片機相連接，單片機與通道切換模塊相連接。本發明不受水、氣泡等非金屬雜質、滑油顏色的影響，可以實現滑油磨粒的快速、非接觸、非侵入、低成本及可視化監測，獲取磨粒大小和位置信息。

技術領域

本發明涉及滑油磨粒在線監測的技術領域，尤其涉及一種基于電磁層析成像技術的滑油磨粒在線監測裝置及方法。

背景技術

發動機工作在高速、高溫、重載等苛刻條件下，軸承易發生磨損，甚至劇烈磨損，其突發性劇烈磨損會在滑油中產生大量金屬磨粒，磨粒尺寸和數量可以表征發動機磨損程度，對其進行有效在線監測及分析可以及時監測發動機故障，及時預警，避免災難性事故，為故障診斷提供重要參考信息。滑油磨粒在線監測將磨粒信息參數與發動機磨損程度相對應，通過分析磨粒信息，包括磨粒數量、尺寸、材質和形貌，確定磨損的性質、程度、類別和原因，從而分析磨損機理和定位故障源。及時監測滑油磨粒動態變化趨勢，對發動機機械健康狀況的有效監測具有重大意義。

目前，發動機滑油磨粒監測分為離線監測與在線監測，傳統的滑油磨粒離線監測技術有光譜分析、鐵譜分析、磨粒計數等。離線監測主要依賴于人的主觀觀察和判斷，技術效率低、實效性差、實用性差，容易產生誤差，誤報和漏報滑油磨粒，對人的經驗要求較高。此外，離線監測受到取樣周期、取樣部位等因素的影響，導致樣本不具有代表性，無法發現問題；并且由于無法對滑油連續監測，導致無法發現突發性故障，錯過最佳維修時機。

滑油磨粒在線監測技術有超聲檢測技術、光學檢測技術、電容法、電荷法、電感法、X射線法等。超聲檢測技術利用滑油磨粒對超聲波的散射/反射作用，可檢測250um以上磨粒，但是氣泡、傳感器安裝位置、超聲波頻率、振動以及噪聲都會嚴重影響監測性能。光學檢測技術以激光光源或發光二極管光源為主，滑油磨粒遮擋一部分光，產生反射或散射，使到達電荷耦合元件或光電管的光衰減，但是光學檢測技術受油滴、水、氣泡和雜質的影響，并且無法監測不透光油液。電容法通過測量介電常數變化來實現對金屬磨粒的監測，該方法敏感度高，對材料特性干擾不敏感，也不受滑油顏色影響，但是受磨粒產生速度影響，存在漏檢和誤檢情況。電荷法利用滑油磨粒流過時，在靜電感應作用下，傳感器表面產生感應電荷，并轉化為電壓信號，實現計數，該方法不受材質影響，可檢測金屬和非金屬材料，但是該方法無法定量檢測磨粒尺寸，因此當多個磨粒同時流過時，無法確定磨粒個數，存在誤檢概率。電感法利用金屬磨粒產生感應磁場對主磁場的調制作用來實現磨粒檢測，該方法速度快，不受金屬磨粒以外其他非金屬的影響，但是該方法不完全滿足磨粒檢測分辨率的要求，多個磨粒同時通過也存在誤檢情況。X射線法利用X射線對磨粒進行能量激發，產生色散熒光光譜來檢測金屬成分含量，該方法不受環境影響，對金屬元素含量敏感，但是無法用來檢測磨粒的個數和尺寸，僅適合于對濃度或元素含量檢測。

電磁層析成像技術(Electromagnetic Tomography,EMT)是基于電磁感應原理的過程層析成像復雜參數分布檢測技術，可以同時對管道或容器內的電導率分布和磁導率分布物質進行成像，具有雙模式特性。EMT具有速度快、非接觸、非侵入、成本低等優勢，特別適合于復雜工業現場的長期監測，已經在鋼水可視化檢測、多相流測量以及無損檢測等領域得到應用，具有極大潛力和應用前景。

因此，為了及時準確監測滑油磨粒動態變化趨勢，將電磁層析成像技術應用在滑油磨粒在線監測上，對發動機可能發生的突發性劇烈磨損進行實時監測，重建滑油磨粒分布的三維圖像，并對磨粒形態進行分析，獲取磨粒大小和位置信息，當超過閾值時，發出報警，避免重大事故的發生，具有重大意義和應用價值。

發明內容