微通道-电感法检测金属磨粒质量分数的可行性实验研究

为研究液压油中铁磁性金属磨粒质量分数与微通道中螺线管线圈电感变化值之间的关系,设计并制造了微通道-电感式检测芯片与系统。实验测出同一磨粒在不同质量分数时电感传感器的数值,获得电感变化值和铁磁性金属磨粒质量分数之间的关系曲线。实验结果表明,随着液压油中铁磁性金属磨粒质量分数的增加,电感值增大;采用微通道-电感检测方法检测液压油中铁磁性金属磨粒的质量分数切实可行。     

双线圈结构电涡流位移传感器的设计

根据电涡流检测原理,采用双线圈结构设计电涡流位移传感器探头,并结合由信号源、直流电源、信号处理和显示等模块构成的测量电路进行实验.实验结果表明,双线圈电涡流位移传感器具有输出信号稳定、抗干扰能力强、测量精度较高、电路简单、成本低等特点.     

基于双线圈的车辆识别检测系统

本文介绍了利用双线圈进行车辆识别检测的设计原理及所需参数的计算方法。主要工作原理是当有车辆经过时,双线圈将感应到电感的变化,经振荡电路将电感变化转换为频率变化信号,然后经放大、滤波、整形电路将信号转换成矩形波信号,最后通过DSP运算得到随环形电感变化的频率值。设计了基于TMS320F2812的感应线圈车辆检测器,介绍其结构与功能实现。硬件设计主要介绍处理器核心模块的设计,线圈振荡电路模块的设计。软件部分主要介绍DSP在实现算法上的优势,以及车辆检测器软件实现的主流程和关键算法原理流程等。     

反向双激励螺线管在航空发动机油液磨损颗粒检测中的应用

油液磨粒监测有两类：离线与在线监测。为了真正实现航空发动机油液磨粒在线监测，设计了一种反向双激励型螺线管式传感器，实现了航空发动机油液磨粒类型、大小、数量等的实时在线监测。     

电感式磨粒在线监测传感器灵敏度提高方法

电感式磨损颗粒在线监测传感器的研究所面临的主要瓶颈是传感器灵敏度与孔径之间存在矛盾,灵敏度较高的传感器一般采用微流道结构(孔径1mm),最大允许流量小;而大孔径的传感器其灵敏度较低.为满足重型机械磨损状态在线监测的需求,研究了大孔径(7mm)的电感式磨粒监测传感器灵敏度提高方法.提出使传感器工作于全谐振状态,其中激励线圈工作于并联谐振状态,感应线圈工作于串联谐振状态,共同增强颗粒引起的传感器输出感应电动势.检测机理上建立了交变磁场中金属颗粒对磁场的扰动模型,考虑了颗粒在交变磁场中的涡流效应,提高了模型的实用性.实验表明谐振原理极大地提高了传感器的灵敏度,实现了直径75μm铁磁性颗粒和220μm非铁磁性颗粒的有效检测,初步满足了重型机械设备初期异常磨损阶段的在线监测需求.     

一种新型电涡流传感器的理论分析

为提高普通电涡流传感器的灵敏度和增大检测距离,对一种新型电涡流传感器从理论上进行了分析.文中列出了重叠双线圈和同轴三线圈两种电涡流传感器的结构,并利用电磁场相关理论对同轴三线圈电涡流传感器及其设计进行了较详细地分析,并给出了测量电路单元.通过与普通电涡流传感器线圈进行仿真比较,得出了该结构电涡流传感器在长距离测量时的优缺点.     

液压系统中差动螺线管式电感传感器测量电路设计及应用

为实现液压阀开口位置的精准测量,针对两线圈和三线圈的差动螺线管式电感位移传感器设计了两种不同传感器测量电路,实验比较其静、动态性能的优劣;并且对基于AD698的外围测量电路进行改进,从而提高位移检测的灵敏度。比较两种传感器的静态输出特性;在Valvistor型液压插装阀系统中采用AD698测量电路实时检测。当系统压力相同时,阀开口大小对传感器测量电路响应速度的影响;且系统压力越大阀动态响应速度越快,同时检测了主阀位移量与流量的关系。     

电感式磨粒在线监测传感器结构参数优化

润滑油液中金属磨损颗粒的浓度和尺寸大小能够反映系统的健康状况,为实现对油液磨粒上述信息的实时监测,基于三线圈电感式磨粒监测传感器数学模型,分析了传感器的灵敏度与线圈结构参数的关系.同时为满足在线监测系统的需求,提出了基于改进的粒子群算法来优化传感器参数,在不同迭代阶段实现对参数的自适应调整,以平衡局部和全局搜索能力,将...     

基于高磁导率铁芯的磨粒传感器性能提高方法

为了提升电感式油液磨粒检测传感器对小尺寸磨损颗粒的检测能力,设计了一种添加高磁导率铁芯的电感式油液磨粒检测传感器。通过在传感器激励线圈及感应线圈外侧添加高磁导率铁芯,优化传感器内部磁特性,以增强磨损颗粒引起的局部磁场扰动,提高传感器输出的感应电动势幅值。分析结果表明,添加高磁导率铁芯即可有效提高传感器背景磁感应强度,减小磁场向无效方向的泄漏,增强其检测灵敏度。最终,通过为传感器各线圈匹配相应厚度的高磁导率铁芯,磨损颗粒引起的传感器输出感应电动势幅值均提高25%以上。本研究使电感式磨粒检测传感器对机械设备初期异常磨损阶段所产生的小尺寸磨损颗粒具备更好的检测性能,也为传感器性能提高方法及其优化设计提供了新的技术方向。     

非接触式磁致伸缩扭转导波传感器研制

针对钢管非接触式扭转导波检测的需求,基于Wiedemann效应设计了一种新型导波传感器,该传感器由永磁铁、回折线圈和屏蔽层组成.首先,采用ANSYS仿真软件研究了钢管中静态偏置磁场分布,并分析了传感器的工作原理,通过实验验证了传感器在钢管中激励和接收扭转导波的可行性.然后,分析了检测信号中噪声信号的产生原因,利用铜皮作为屏蔽层对回折线圈轴向段激励产生的周向动态磁场进行屏蔽,提高了检测信号的信噪比.接着,通过实验研究了传感器的频率特性,结果表明传感器的最佳激励频率与回折线圈的设计频率一致.最后,将传感器应用于钢管缺陷检测,结果表明该传感器能够识别出横截面积损失3%的周向刻槽缺陷.     

纳米晶体磁环对磨粒传感器灵敏度的影响

为了提高在线式磨粒监测传感器的监测灵敏度,设计了一种内置纳米晶体磁环的电磁式磨粒传感器.通过建立传感器内部磁场分布及输出感应电动势的数值模型,系统地研究了传感器感应线圈磁环和激励线圈磁环尺寸特征对磨粒监测灵敏度的影响规律.仿真及实验结果表明:纳米晶体磁环对传感器灵敏度具有显著影响.具体表现为:为激励线圈和感应线圈同时添加特定尺寸的磁环可使磨损颗粒引起的传感器输出感应电动势幅值增大4~7倍.该方法可大幅提高传感器对微小磨粒的监测能力,对大型机械设备的早期故障诊断和故障预警具有重要意义.      

无源谐振器在电涡流位移传感器中的谐振增强效应

在两只同轴电磁耦合线圈之间插入一只无源谐振线圈,可利用谐振耦合显著提高能量传输效率。为探索这种谐振增强效应在传感器领域的应用可能性,制作了一只与测量电路无任何引线连接的、由电感线圈及电容串联组成的无源LC谐振器,放置于电涡流位移传感器探测线圈与金属目标靶间的测量通道中。实验结果表明:当传感器工作在该谐振器的谐振频率点附近时,有效探测距离和灵敏度会得到显著增强。进一步针对发射-接收式双线圈位移检测系统进行了实验,结果同样证实了无源LC谐振器介入后的谐振增强作用。该结论对于其他带有电感耦合线圈的传感系统同样具有参考价值。     

综合传动油液金属磨粒在线监测传感器研究

针对目前履带装甲车辆无法实时监测润滑油中的金属磨粒,不能有效实现履带装甲车辆的故障预警与诊断的问题,建立了新的电感式磨粒传感器数学模型。通过仿真分析获得了不同参数对传感器性能的影响规律,据此进一步优化了传感器设计参数。优化匹配了激励线圈频率与电容,并开发了传感器样件,先后进行了无油液金属磨粒监测试验与台架油液磨粒在线监测试验。试验结果表明:与国内同类传感器相比,该传感器可以在润滑油流量为5~40 L/min的工况下,将铁磁性磨粒检测精度从200μm提升至80~90μm,从而可实现履带装甲车辆故障预警与诊断。     

颗粒速度对电磁式磨粒监测结果一致性的影响机制

随着机械系统复杂程度及运行可靠性要求的逐渐提高，电磁式磨粒在线监测传感器被广泛研究并逐步应用于机械设备磨损状态监测领域.针对润滑油液中金属磨损颗粒运动速度的随机性导致电磁式磨损颗粒检测传感器检测结果一致性差的问题，建立了交变磁场中金属球体磨损颗粒磁特性模型，研究磨损颗粒局部磁感应强度分布规律以及磁能扰动计算方法；同时提出并实验测得了非铁磁性磨损颗粒的磁能损耗系数，进而对传感器输出的颗粒信号进行补偿.实验表明该方法可以消除磨损颗粒运动速度对传感器输出信号幅值的影响，极大地提高传感器对非铁磁性磨损颗粒检测结果的一致性.     

基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性. 结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.      

基于LC谐振的非侵入式眼压监测系统

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性．传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电感线圈,极大提高了传感器灵敏度和佩戴舒适度．同时设计了一种专用于该眼压传感器的信号采集装置,包括扫频信号发生电路、幅值相位检测电路、单片机控制单元和读取线圈．通过读取线圈与眼压传感器的耦合,采用幅值相位检测电路得到耦合之后的等效阻抗实部最大值,从而得到传感器的谐振频率．实验测试结果表明：非侵入式眼压监测系统在眼压监测方面达到了467.3 Hz/Pa的灵敏度,且得到系统的眼压测量精度为±0.2 kPa,满足测量要求．     

带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测

为提高脉冲涡流检测技术在检测包覆层下铁磁性金属管道局部腐蚀时的灵敏度,从仿真和实验两个方面对探头设计进行了研究.采用反向联接结构的双线圈作为激励源,达到线圈电流不过大而磁场能够在局部得到聚焦增强的目的.采用有限元仿真比较了单线圈和双线圈激励时磁场及涡流的分布情况和对局部腐蚀型缺陷的检测灵敏度,并进行了系列检测对比实验.仿真与实验结果相一致,表明使用反向联接双线圈激励探头对带包覆层管道局部腐蚀类缺陷进行脉冲涡流检测可以达到远高于单线圈激励检测的灵敏度.本研究可为带包覆层金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测探头设计提供参考.     

微流控芯片上润滑油中微金属颗粒快速分离

润滑油中金属磨粒在线检测是实现船舶机械设备润滑状态监测和故障预判的重要方法之一。为了检测润滑油中不同类型金属磨粒,设计并搭建了微流控芯片上基于离心力作用的金属颗粒分离系统。该系统以微流控芯片为平台,设计了圆弧形流道结构,利用ANSYS CFX软件对微颗粒运动进行仿真模拟。实验操纵金属颗粒在离心力作用下实现分离,并进入不同种类金属颗粒通道。仿真和实验研究结果表明,所设计的金属颗粒分离系统可实现润滑油液中直径为15μm的铜、铝颗粒的有效分离。     

纳秒级罗可夫斯基线圈的研制

本文介绍了自积分式Rogowski线圈的原理、设计与制作。研制的线圈指标达到:上升时间小于Ins,灵敏度为10~(-8)V/A。这种线圈适用于大功率脉冲技术领域中,也可测量各种快速变化的大电流。     

磁性液体稳定性测试方法研究

磁性液体的稳定性是其一项重要性质,而现有的稳定性测试方法需要专用仪器,测试过程复杂,成本高.利用磁性液体的磁化特性,提出了一种基于并联谐振电路检测在重力场作用下磁性液体稳定性的新方法.采用磁性液体作为电感线圈的芯体,利用磁液中磁性微粒浓度决定线圈电感值的特性,通过测量不同位置线圈电感的变化即可推测出磁性微粒浓度分布和稳定性,并采用调频式并联谐振的集成电路测量电感的变化值.新方法具有成本低、测试方便快捷等优点,为磁性液体稳定性判定提供了新的途径.