專利名稱：在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及一種在線圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器。
背景技術(shù)：
鐵譜分析是指利用高強(qiáng)度和高梯度磁場(chǎng)的作用，將機(jī)器摩擦副產(chǎn)生的鐵磁性磨粒從油液中分離出來，使其按照粒度有序地沉積，并對(duì)磨粒沉積情況進(jìn)行分析，用于機(jī)械摩擦磨損機(jī)理和狀況的分析，油液性能評(píng)價(jià)，達(dá)到監(jiān)測(cè)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，避免故障，改進(jìn)摩擦副設(shè)計(jì)等目的，是機(jī)械故障診斷和全生命周期設(shè)計(jì)最直接和最有效的方法。
離線鐵譜儀和在線鐵譜傳感器是進(jìn)行鐵譜分析的工具。離線鐵譜儀對(duì)于被監(jiān)測(cè)設(shè)備的油液進(jìn)行定時(shí)抽檢，制成譜片，使用鐵譜顯微鏡或其他相應(yīng)儀器設(shè)備離線完成鐵譜分析工作。離線鐵譜儀不能將油液中的磨粒信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在取樣、制片和結(jié)果分析等方面，依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和其他儀器設(shè)備，自動(dòng)化程度和集成度低，操作復(fù)雜、耗時(shí)。在線鐵譜傳感器直接安裝在設(shè)備的油液循環(huán)系統(tǒng)中，借助于在線鐵譜傳感器，將油液中的磨粒信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可以對(duì)機(jī)械的摩擦磨損狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的、自動(dòng)的和直接的監(jiān)測(cè)，理論上可以獲得較離線鐵譜儀更好的監(jiān)測(cè)效果。已有的在線鐵譜儀僅僅根據(jù)沉積磨粒的遮光面積，估算沉積磨粒的情況。
在線鐵譜傳感器需要在線多次進(jìn)行磨粒沉積，因此沉積磨粒的磁場(chǎng)必須是可控的，而且磨粒沉積的信息必須轉(zhuǎn)換為電量，這兩個(gè)問題是減小鐵譜傳感器體積，提高鐵譜傳感器性能的主要難點(diǎn)。
1990年，西安交通大學(xué)研究開發(fā)出在線電磁鐵譜儀，并獲得了中國專利(90223714.4)“電磁光電在線式鐵譜儀”。在線電磁鐵譜儀，利用電磁鐵代替離線鐵譜儀采用的永久磁鐵，產(chǎn)生可控的沉積磨粒磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磨粒的反復(fù)沉積。在檢測(cè)方面，通過對(duì)磨粒遮光面積的測(cè)量，獲得與磨粒沉積量以及粒度分布有關(guān)的模擬電壓。為了有效地沉積油液中的磨粒，電磁鐵尺寸大，而且檢測(cè)磨粒遮光面積顯然不能較好地反映磨粒沉積的圖像信息。
2001年，西安交通大學(xué)獲得了中國專利(01240347.4)“在線監(jiān)測(cè)鐵譜儀”。該專利仍然利用電磁鐵勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)磨粒的反復(fù)沉積，但是在檢測(cè)上，該鐵譜儀除了測(cè)量沉積磨粒的遮光面積，還使用光纖將沉積磨粒的局部圖像傳導(dǎo)到CMOS器件上，得到沉積磨粒幾何信息的數(shù)據(jù)文件。實(shí)現(xiàn)了在線鐵譜傳感器的磨粒沉積幾何信息的電測(cè)量，但是受檢測(cè)光路和傳輸方式設(shè)計(jì)的限制，該發(fā)明僅僅對(duì)沉積磨粒局部進(jìn)行圖像采集，無法在比較大的范圍內(nèi)獲得沉積磨粒的圖像信息，數(shù)據(jù)采集和處理軟硬件復(fù)雜，而且由于使用電磁鐵勵(lì)磁，傳感器體積大，給在線使用帶來很多困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，其體積小、安裝維護(hù)方便，自動(dòng)化程度和集成度高。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括鐵心、線圈和磁極，其中線圈套裝在鐵心上，在鐵心上固定有磁極，在兩塊鐵心的間隙中設(shè)置有永久磁鐵，在磁路中至少設(shè)置一個(gè)輔助工作氣隙，在磁極中間留有主工作氣隙，磁極的主工作氣隙中安裝有導(dǎo)光玻璃，在磁極中間安裝有平板光源，平板光源與磁極以及導(dǎo)光玻璃相連接；磁極上安裝有流道，流道內(nèi)有鏡頭，鏡頭與一個(gè)或多個(gè)CMOS圖像傳感器相連，CMOS圖像傳感器連接在印刷電路板上，印刷電路板上有輸出端口。
流道的中部開了一個(gè)槽，并在這個(gè)槽中的上下方分別嵌入下表面和上表面，形成油腔。上表面上方是鏡頭，在流道槽的兩端開有孔，連接管接頭。
鐵心、線圈和磁極產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用于流道的油腔，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小通過線圈的電壓調(diào)節(jié)。
流道由不導(dǎo)磁材料制成。
下表面和上表面采用光學(xué)玻璃，與流道密封連接。
本發(fā)明通過混合勵(lì)磁方式和CMOS圖像傳感器的使用，可以大大減小在線鐵譜傳感器的體積和功耗，并能夠?qū)崟r(shí)獲取磨損磨粒的鐵譜圖像信息。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明圖像信號(hào)采集部分與流道的裝配圖；圖4是本發(fā)明的流道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例附圖是本發(fā)明的具體實(shí)施例；下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的工作原理是電磁永磁混合勵(lì)磁單元18在外部電源供電的情況下，產(chǎn)生沉積磨粒和沖刷磨粒所需要的磁場(chǎng)；油液通過接頭進(jìn)入流道5，在磁場(chǎng)作用下對(duì)油液中的鐵磁性磨損磨粒進(jìn)行沉積；通過光電信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換模塊19將沉積磨粒的鐵譜圖像通過標(biāo)準(zhǔn)格式圖像文件的形式輸出到計(jì)算機(jī)。
參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明包括鐵心1、線圈2和磁極3，線圈2套裝在鐵心1上，在鐵心1上固定有磁極3，在兩塊鐵心1的間隙中設(shè)置有永久磁鐵4，永久磁鐵4的上方留有輔助工作氣隙17，在磁極3中間留有主工作氣隙16，磁極3的主工作氣隙中安裝有導(dǎo)光玻璃15，在磁極3中間下部安裝有平板光源9，平板光源9與磁極3以及導(dǎo)光玻璃15的下底面連接；流道5安裝在磁極3的上部，流道5的槽中嵌入有鏡頭10，在鏡頭10的上方有一個(gè)或多個(gè)CMOS圖像傳感器12，CMOS圖像傳感器12連接在印刷電路板13上，印刷電路板13上有USB輸出端口14。
電磁永磁混合勵(lì)磁的可控磁場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)磨粒的反復(fù)沉積。在磨粒沉積時(shí)，線圈2在主工作氣隙16上方流道5中產(chǎn)生的磁場(chǎng)和永久磁鐵4產(chǎn)生的磁場(chǎng)同向疊加，獲得沉積磨粒的高磁感應(yīng)強(qiáng)度和高磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度磁場(chǎng)，在去除磨粒時(shí)，兩部分磁場(chǎng)反向疊加，使得磨粒沉積區(qū)域的磁場(chǎng)為零。因此，電磁永磁混合勵(lì)磁方式可以獲得可控磁場(chǎng)，方便地實(shí)現(xiàn)磨粒的反復(fù)沉積。由于單位體積永久磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于電磁鐵，所以這種混合勵(lì)磁方式與單純使用電磁鐵的勵(lì)磁方式相比，可以大大減小傳感器的體積和驅(qū)動(dòng)功率(以及由于功耗所帶來的溫升)。另一方面，雖然永久磁鐵勵(lì)磁體積小，無需驅(qū)動(dòng)，但是由于其磁場(chǎng)不可控制，無法實(shí)現(xiàn)磨粒的反復(fù)沉積，因而無法使用單純的永久磁鐵勵(lì)磁。
在電磁永磁混合勵(lì)磁的磁路有主工作氣隙16和輔助工作氣隙17兩個(gè)氣隙。通過調(diào)整輔助工作氣隙17的參數(shù)，可以改變永久磁鐵在主工作氣隙16中產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣設(shè)計(jì)的好處是在去除磨粒時(shí)，為了使主工作氣隙16的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，所施加的反向電磁勵(lì)磁僅僅需要抵消永久磁鐵在主工作氣隙16中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輔助工作氣隙17上的磁場(chǎng)基本維持不變。雖然輔助工作氣隙17上出現(xiàn)的永久磁鐵的磁通不參與磨粒沉積，但是反映在傳感器的體積上的影響十分小。另一方面，由于輔助間隙的存在，要使主工作氣隙16磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，所需施加電磁勵(lì)磁僅僅是永磁勵(lì)磁的一小部分。由于傳感器工作在沉積磨粒和去除磨粒頻繁交替的工作狀態(tài)，可以保證長(zhǎng)期工作時(shí)永久磁鐵不被退磁，性能穩(wěn)定。
光源使用平板光源9，與直接使用發(fā)光二極管相比，無需另外使用均光材料制成的配件，光源本身的光強(qiáng)均勻性就可以滿足使用要求，光源的光譜與CMOS圖像傳感器的技術(shù)要求匹配好，整體性好，安裝、調(diào)整和維修方便。
平板光源9固定在主工作氣隙16下方，光電信號(hào)采集與印刷電路板13固定于流道5的上方。充分利用了勵(lì)磁部分的空余空間，光電信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換部分與油液完全隔離，提高了傳感器的集成性和可靠性。
傳感器僅需要一組低壓直流電源為勵(lì)磁部分和光源供電，沉積磨粒和顯示的范圍為5-160μm，具有寬的測(cè)量范圍，滿足了多種應(yīng)用場(chǎng)合的要求。
參照?qǐng)D3所示，流道5的中部開了一個(gè)槽，并在這個(gè)槽下部嵌入下表面6，在槽上部嵌入上表面7。上表面7上方是鏡頭10，鏡頭10固定在鏡頭架11上，在鏡頭10的上方有一個(gè)或多個(gè)CMOS圖像傳感器12，CMOS圖像傳感器12連接在印刷電路板13上，印刷電路板13上有USB輸出端口14。
流道5使用不導(dǎo)磁材料制成。出于強(qiáng)度、機(jī)加工性和加工精度等方面的考慮，流道5采用了不導(dǎo)磁的硬鋁或黃銅。為了檢測(cè)的需要，流道的下表面6和上表面7采用了透光良好的光學(xué)玻璃。下表面6和上表面7使用環(huán)氧樹脂與流道5粘接，保證了良好的密封性。下表面6與磁極3不接觸，這樣可以減小下表面6的厚度(下表面6的材料是光學(xué)玻璃，如果與磁極3接觸，玻璃就必需有一定的強(qiáng)度和厚度)，從而減小流道的油腔與主工作氣隙的垂直距離，提高了流道油腔的磁感應(yīng)強(qiáng)度，能夠獲得更好的沉積效果。
參照?qǐng)D4所示，流道5的中部開了一個(gè)槽，并在這個(gè)槽中嵌入下表面6和上表面7，形成油腔，在流道5槽的兩端開有孔，連接管接頭8。
流道5安裝在主工作氣隙16上方，流道5兩端裝有管接頭8，被監(jiān)測(cè)設(shè)備的油液循環(huán)流經(jīng)傳感器的可控磁場(chǎng)，油液流動(dòng)方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。流道5、下表面6和上表面7一起構(gòu)成一個(gè)油腔，油腔處于主工作氣隙產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)中。
油液流經(jīng)流道5時(shí)，在空間磁場(chǎng)的作用下，油液中的磨粒沉積在下表面6上；如果空間磁場(chǎng)為零，已經(jīng)沉積在下表面6上的磨粒則被流經(jīng)的油液帶走，形成干凈的沉積面，因而可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)沉積磨粒。
權(quán)利要求
1.在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，包括鐵心(1)、線圈(2)和磁極(3)，其中線圈(2)套裝在鐵心(1)上，在鐵心(1)上固定有磁極(3)，其特征在于，在兩塊鐵心(1)的間隙中設(shè)置有永久磁鐵(4)，在磁路中至少設(shè)置一個(gè)輔助工作氣隙(17)，在磁極(3)中間留有主工作氣隙(16)，磁極(3)的主工作氣隙(16)中安裝有導(dǎo)光玻璃(15)，在磁極(3)中間安裝有平板光源(9)，平板光源(9)與磁極(3)以及導(dǎo)光玻璃(15)相連接；磁極(3)上安裝有流道(5)，流道(5)內(nèi)有鏡頭(10)，鏡頭(10)與一個(gè)或多個(gè)CMOS圖像傳感器(12)相連，CMOS圖像傳感器(12)連接在印刷電路板(13)上，印刷電路板(13)上有USB輸出端口(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，其特征在于，流道(5)的中部開了一個(gè)槽，并在這個(gè)槽中嵌入下表面(6)和上表面(7)，形成油腔，在流道(5)槽的兩端開有孔，連接管接頭(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，其特征在于，鐵心(1)、線圈(2)和磁極(3)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與永久磁鐵(4)產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用于流道(5)的油腔，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小通過線圈(2)的電壓調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，其特征在于，流道(5)由不導(dǎo)磁材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，其特征在于，下表面(6)和上表面(7)采用光學(xué)玻璃，與流道(5)密封連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線數(shù)字圖像型電磁永磁混合勵(lì)磁鐵譜傳感器，包括鐵心、線圈和磁極，其中線圈套裝在鐵心上，在鐵心上固定有磁極，在兩塊鐵心的間隙中設(shè)置有永久磁鐵，在磁路中至少設(shè)置一個(gè)輔助工作氣隙，在磁極中間留有主工作氣隙，磁極的主工作氣隙中安裝有導(dǎo)光玻璃，在磁極中間安裝有平板光源，平板光源與磁極以及導(dǎo)光玻璃相連接；磁極上安裝有流道，流道內(nèi)有鏡頭，鏡頭與一個(gè)或多個(gè)CMOS圖像傳感器相連，CMOS圖像傳感器連接在印刷電路板上，印刷電路板上有輸出端口。本發(fā)明通過混合勵(lì)磁方式和CMOS圖像傳感器的使用，可以大大減小在線鐵譜傳感器的體積和功耗，并能夠?qū)崟r(shí)獲取磨損磨粒的鐵譜圖像信息。
文檔編號(hào)G01N33/28GK1673733SQ20051004189
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者謝友柏, 袁崇軍, 毛軍紅, 王金濤, 呂曉軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)