用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其通過引入油液壓力流量波動抑制技術(shù)和微粒分時釋放措施，以保證檢測的有效性和一致性，其采用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波器；通過機械離心、磁化吸附、起電吸附等技術(shù)將鐵磁質(zhì)微粒和非鐵磁質(zhì)微粒分離，以防止兩種微?；ハ喔蓴_影響檢測結(jié)果；通過顆粒聚合和旋轉(zhuǎn)磁場塑形增加顆粒粒徑并改變其形態(tài)，以提高檢測的靈敏度；通過改進螺線管線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度沿其軸線方向的均勻性，以減少檢測誤差；傳感器設(shè)計成檢測線圈和參考線圈，輸出為兩者的差值，以克服電路零位誤差。本發(fā)明采用非接觸的測量方式，具有信號一致性好、可靠性高、檢測信號強且誤差小等優(yōu)點。
【專利說明】用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油液在線監(jiān)控方法，具體涉及一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾 波、和塑形的油液監(jiān)控方法，屬于液壓設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 機器零件的失效形式中，磨損引起的失效占70%以上。金屬磨損微粒中隱含著機 械裝備運行狀態(tài)信息，能反映設(shè)備的磨損現(xiàn)狀與趨勢，同時也是診斷設(shè)備故障、進行預(yù)測維 修、對設(shè)備進行改進設(shè)計的重要依據(jù)。因此，對油液中的金屬磨損微粒進行在線監(jiān)測已成為 液壓系統(tǒng)卡緊卡澀故障診斷和預(yù)判的重要手段。
[0003] 利用線圈電感變化可檢測油液中鐵磁質(zhì)顆粒與抗磁質(zhì)顆粒，同時可確定磨損顆粒 的質(zhì)量分析、尺寸分布、總數(shù)量，可方便實現(xiàn)非侵入在線監(jiān)測。中國發(fā)明專利第 201210167540.X號公開了一種基于電感量測量的在線油液顆粒傳感器，當油液中的金屬磨 損顆粒流經(jīng)測試線圈時，使得測試線圈電感量變大，高頻測試電路振蕩頻率變小，振蕩回路 電流變大，金屬磨損顆粒流過后，高頻測試部分重新回到原來的穩(wěn)幅振蕩狀態(tài)，進而獲得顆 粒數(shù)量、顆粒尺寸分布與顆粒產(chǎn)生速率，實現(xiàn)油中顆粒在線監(jiān)測。
[0004] 然而，該監(jiān)測方法存在以下幾方面的不足：
[0005] 1.金屬磨損微粒流經(jīng)測試線圈時引起的磁場波動十分微弱，檢測線圈的輸出結(jié)果 受微粒通過速度影響較大，管道中油液的壓力和流量波動將嚴重影響電感法微粒檢測的有 效性和一致性。
[0006] 2.機械潤滑油中的金屬磨損磨粒按照其電磁特性可分為鐵磁質(zhì)微粒(如鐵)和非 鐵磁質(zhì)微粒(如銅、鋁）。鐵磁質(zhì)微粒增強傳感器線圈的等效電感，而非鐵磁質(zhì)微粒則削弱傳 感器線圈的等效電感。當兩種微粒同時通過檢測線圈時，該監(jiān)測裝置將失效。
[0007] 3.正常情況下金屬磨損微粒的粒徑較小，在5um左右，且主要為球磨粒，其纖度小 于其他磨粒，傳感器線圈對其檢測能力相對較弱。如專利文獻1只能處理l〇um左右的金屬微 粒，無法監(jiān)測零部件的早期磨損。
[0008] 4.螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度B沿其軸線方向為非均勻分布，這將導(dǎo)致嚴重的測量誤 差；同時同一型號的電感對鐵質(zhì)顆粒的檢測能力要大于對銅質(zhì)顆粒的檢測能力，這同樣會 帶來測量誤差。
[0009] 因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適 應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用非接觸的測量方式、信號 一致性好、可靠性高、檢測信號強且誤差小的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油 液監(jiān)控方法。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和 塑形的油液監(jiān)控方法，其采用一種監(jiān)控設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置在液壓管路上，包括濾波器、分離 吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、檢測線圈、參考線圈、消磁模塊、流量傳感器以及ECU;其中，所述 濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、檢測線圈、流量傳感器、消磁模塊依次設(shè)置在液壓管 路上;所述檢測線圈、參考線圈相串聯(lián);所述ECU分別電性連接并控制濾波器、分離吸附模 塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、檢測線圈、參考線圈、消磁模塊和流量傳感器;所述濾波器包括輸入管、 外殼、輸出管、波紋管以及S型彈性薄壁;其中，所述輸入管連接于外殼的一端，其和一液壓 油進口對接;所述輸出管連接于外殼的另一端，其和U型微粒分離模塊對接;所述S型彈性薄 壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其內(nèi)形成膨脹腔和收縮腔;所述輸入管、輸出管和S型彈性 薄壁共同形成一 S型容腔濾波器;所述S型彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所 述S型彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通共振容 腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈性阻尼孔管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀繞在共 振容腔外，和共振容腔通過多個錐形插入管連通;所述波紋管各圈之間通過若干支管連通， 支管上設(shè)有開關(guān);所述波紋管和共振容腔組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器;所述分離吸 附模塊由依次連接的機械離心模塊、磁化模塊、磁吸附模塊、起電模塊以及電吸附模塊組 成;其包括如下步驟：
[0012] 1)，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈 動壓力，以及抑制流量波動；
[0013] 2)，之后油液進入分離吸附模塊的機械離心模塊，使油液中的磨損顆粒聚合并實 現(xiàn)初步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近；
[0014] 3)，通過磁化模塊使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強力磁化；
[0015] 4)，磁吸附模塊吸附磁化的金屬聚合大微粒；
[0016] 5)，油液通過起電裝置，使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合；
[0017] 6)，油液流入電吸附模塊，電吸附模塊吸附非鐵磁性金屬磨損微粒；
[0018] 7)，ECU先控制電吸附模塊將電場方向先反向，再取消電場，使非鐵磁性金屬磨損 微粒進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，之后恢復(fù)電場；同時，ECU控制磁吸附模塊和起電模塊的斷電，鐵磁 性顆粒進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊;隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)；
[0019] 8)，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，使油液中 的兩種金屬微粒的粒徑增大同時形態(tài)變?yōu)榧氶L針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增 加；
[0020] 9)，兩類微粒分批進入檢測線圈，并通過檢測線圈和參考線圈的配合來監(jiān)測微粒 的類型和數(shù)量；
[0021 ] 10)，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性。
[0022] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述輸入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開口較寬處位于共振容 腔內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔錐形彈性阻尼孔管的楊氏模量比彈性薄壁的 楊氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏模量比錐形彈性阻尼孔管的楊 氏模量要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉;所述錐形插入管開口較寬處位于波紋管內(nèi)，其錐度 角為10°。
[0023] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述機械離心模塊采用旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo) 流片、步進電機以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片沿管壁 內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相同，其設(shè) 置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36 °C ;所述第一 導(dǎo)流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼形，其 高度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進電機連接并驅(qū)動第一導(dǎo)流片 和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。
[0024] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼以及法蘭;其中，所述若干繞組分別繞在鋁 質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端。
[0025] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述磁吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán)，該同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線 管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道 內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵 質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正 向螺線管和反向螺線管軸線的中間點。
[0026] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述磁吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁 質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正向螺 線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線 管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其 位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點；所述 隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁鐵 連接并能推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。
[0027] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述起電模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于液壓管路上，其分別連 接至電極控制器。
[0028] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述電吸附模塊包括鋁質(zhì)管道、陽極板、陰極板以及極板控制器;其中，所述陽極板、陰極板分 別設(shè)置在鋁質(zhì)管道上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板、陰極板分別電性連接至極板控制器上； 所述極板控制器電性連接至ECU，并由ECU控制。
[0029] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法進一步為:所 述旋轉(zhuǎn)塑形模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模 塊;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭 焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊連接至一繞組。
[0030] 本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法還設(shè)置為:所 述檢測線圈的繞組由正繞組和逆繞組組成，各繞組連接至一激勵電流輸出模塊，該激勵電 流輸出模塊由ECU模塊控制。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明引入油液壓力流量波動抑制 技術(shù)和微粒分時釋放措施，以保證檢測的有效性和一致性;通過機械離心、磁化吸附、起電 吸附等技術(shù)將鐵磁質(zhì)微粒和非鐵磁質(zhì)微粒分離，以防止兩種微粒互相干擾影響檢測結(jié)果； 通過顆粒聚合和旋轉(zhuǎn)磁場塑形增加顆粒粒徑并改變其形態(tài)，以提高檢測的靈敏度;通過改 進螺線管線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度沿其軸線方向的均勻性，以減少檢測誤差； 傳感器設(shè)計為兩線圈結(jié)構(gòu)一一檢測線圈和參考線圈，輸出為兩者的差值，以克服電路零位 誤差。 【【附圖說明】】
[0032]圖1是本發(fā)明的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控設(shè)備的整體 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是圖1中的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3是插入式Η型濾波器示意圖。
[0035] 圖4是單個的Η型濾波器和串聯(lián)的Η型濾波器頻率特性組合圖。其中，實線為單個的 Η型濾波器頻率特性。
[0036] 圖5是S型容腔濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖6是S型彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0038] 圖7是圖3中錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的示意圖。
[0039] 圖7(a)至圖7(c)是錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的工作狀態(tài)圖。
[0040] 圖8是圖1中的分離吸附模塊的連接示意圖。
[0041 ]圖9-1是圖8中的機械離心模塊的橫向示意圖。
[0042 ]圖9-2是圖8中的機械離心模塊的徑向示意圖。
[0043] 圖10是圖8中的磁化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖11-1是圖8中的磁吸附模塊為同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖11-2是圖8中的磁吸附模塊為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖12是圖8中的起電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖13是圖8中的電吸附模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖14是圖1中的旋轉(zhuǎn)塑形模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049] 圖15-1是圖1中的檢測線圈的繞組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 圖15-2是圖15-1中的激勵電流輸出模塊的電路圖。
[0051]圖16是圖1中的Ε⑶模塊的連接關(guān)系圖。 【【具體實施方式】】
[0052]請參閱說明書附圖1至附圖16所示，本發(fā)明為一種用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾 波、和塑形的油液監(jiān)控設(shè)備，其設(shè)置在液壓管路9上，其由濾波器8、分離吸附模塊2、旋轉(zhuǎn)塑 形模塊3、檢測線圈4、參考線圈5、消磁模塊6、流量傳感器7以及Ε⑶1等幾部分組成。
[0053]其中，所述濾波器8、分離吸附模塊2、旋轉(zhuǎn)塑形模塊3、檢測線圈4、流量傳感器7、消 磁模塊6依次設(shè)置在液壓管路9上。所述ECU1分別電性連接并控制濾波器8、分離吸附模塊2、 旋轉(zhuǎn)塑形模塊3、檢測線圈4、參考線圈5、消磁模塊6和流量傳感器7。
[0054 ]由于油液的流速對檢測特性影響很大，隨著油液流速的增大，檢測的靈敏度以及 輸出電壓都將發(fā)生明顯變化；同時，油液的流量也對檢測輸出有較大的影響，當流量增大 時，輸出電壓也會隨著改變，這對檢測結(jié)果的一致性和有效性影響很大，為此，本發(fā)明在檢 測前增加了濾波器8穩(wěn)定液壓系統(tǒng)壓力和流量。
[0055]所述濾波器8由輸入管81、外殼88、輸出管89、波紋管83以及S型彈性薄壁87等幾部 分組成。
[0056]其中，所述輸入管81連接于外殼89的一端，用于輸入油液;所述輸出管811連接于 外殼89的另一端，其和分離吸附模塊2對接。所述S型彈性薄壁87沿外殼的徑向安裝于外殼 88內(nèi)，其內(nèi)形成膨脹腔71和收縮腔72。所述輸入管81和輸出管89的軸線不在同一軸線上，這 樣可以提高1 〇 %以上的濾波效果。
[0057]所述輸入管81、輸出管89和S型彈性薄壁87共同形成一S型容腔濾波器，從而衰減 液壓系統(tǒng)高頻壓力脈動。按集總參數(shù)法處理后得到的濾波器透射系數(shù)為：
[0059] a-介質(zhì)中音速L一收縮腔長度D-膨脹腔直徑Z-特性阻抗
[0060] γ-透射系數(shù)f一壓力波動頻率CU-輸入管直徑d-收縮腔直徑
[0061] h-膨脹腔系數(shù)k2-收縮腔系數(shù)
[0062] 由上式可見，S型容腔濾波器和電路中的電容作用類似。不同頻率的壓力脈動波通 過該濾波器時，透射系數(shù)隨頻率而不同。頻率越高，則透射系數(shù)越小，這表明高頻的壓力脈 動波在經(jīng)過濾波器時衰減得越厲害，從而起到了消除高頻壓力脈動的作用。同時，本發(fā)明的 S型容腔結(jié)構(gòu)中，膨脹腔和收縮腔之間過渡平滑，有助于降低腔體直徑突變帶來的系統(tǒng)壓力 損失。
[0063]所述S型容腔濾波器的設(shè)計原理如下：當變化的流量通過輸入管進入S型容腔的膨 脹腔時，液流超過平均流量，擴大的膨脹腔可以吸收多余液流，而在低于平均流量時放出液 流，從而吸收壓力脈動能量。多級膨脹腔和收縮腔的組合則提高了濾波器的脈動壓力吸收 能力，也即濾波性能。膨脹腔和收縮腔之間采用曲面光滑過渡，則避免了由流體界面突變帶 來的沿程壓力損失及發(fā)熱。
[0064]所述S型彈性薄壁87通過受迫機械振動來削弱液壓系統(tǒng)中高頻壓力脈動。按集總 參數(shù)法處理后得到的S型彈性薄壁固有頻率為：
[0066] k-S型彈性薄壁結(jié)構(gòu)系數(shù)h-S型彈性薄壁厚度R-S型彈性薄壁半徑
[0067] E-S型彈性薄壁的楊氏模量P-S型彈性薄壁的質(zhì)量密度
[0068] η-S型彈性薄壁的載流因子μ-S型彈性薄壁的泊松比。
[0069] 代入實際參數(shù)，對上式進行仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，S型彈性薄壁87的固有頻率通常比 Η型濾波器的固有頻率高，而且其衰減頻帶也比Η型濾波器寬。在相對較寬的頻帶范圍內(nèi)，S 型彈性薄壁對壓力脈動具有良好的衰減效果。同時，本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)中的S型彈性薄壁 半徑較大且較薄，其固有頻率更靠近中頻段，可實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的中高頻壓力脈動的有 效衰減。
[0070] 所述S型彈性薄壁87的設(shè)計原理如下:管道中產(chǎn)生中頻壓力脈動時，雙管插入式容 腔濾波器對壓力波動的衰減能力較弱，流入雙管插入式容腔的周期性脈動壓力持續(xù)作用在 S型彈性薄壁的內(nèi)外壁上，由于內(nèi)外壁之間有支柱固定連接，內(nèi)外S型彈性薄壁同時按脈動 壓力的頻率做周期性振動，該受迫振動消耗了流體的壓力脈動能量，從而實現(xiàn)中頻段壓力 濾波。由虛功原理可知，S型彈性薄壁消耗流體脈動壓力能量的能力和其受迫振動時的勢能 和動能之和直接相關(guān)，為了提高中頻段濾波性能，S型彈性薄壁的半徑設(shè)計為遠大于管道半 徑，且薄壁的厚度較小，典型值為小于0.1_。
[0071] 進一步的，所述S型彈性薄壁87和外殼88之間形成圓柱形的共振容腔85。所述S型 彈性薄壁87的軸向上均勻開有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86,以保證在整個濾波器的范圍內(nèi)均 能實現(xiàn)插入式串并聯(lián)濾波。錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86連通共振容腔85。所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔 開口較寬處位于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10°，用于展寬濾波頻率范圍，按集總參數(shù)法處理 后得到的濾波器固有角頻率為：
[0073] a-介質(zhì)中音速L一阻尼孔長S-阻尼孔橫截面積V-并聯(lián)共振容腔體積。
[0074]所述波紋管83呈螺旋狀繞在共振容腔85外，和共振容腔85通過多個錐形插入管82 連通。所述錐形插入管82開口較寬處位于波紋管83內(nèi)，其錐度角為10°用于展寬濾波頻率范 圍。所述波紋管83各圈之間通過若干支管810連通，支管810上設(shè)有開關(guān)84。所述波紋管83和 共振容腔85組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器。
[0075]由圖3可知，串聯(lián)Η型濾波器有2個固有角頻率，在波峰處濾波效果較好，而在波谷 處則基本沒有濾波效果;插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器中采用了螺旋異構(gòu)的波紋管83結(jié) 構(gòu)，波紋管本身具有彈性，當液壓系統(tǒng)的流量和壓力脈動經(jīng)過波紋管時，流體介質(zhì)導(dǎo)致液 壓-彈簧系統(tǒng)振動，抵消波動能量，從而起到濾波作用；同時，各圈波紋管83之間的若干支管 810的連通或斷開，引起波的干涉和疊加，從而改變串聯(lián)Η型濾波器的頻率特性;合理安排濾 波器參數(shù)以及連通支管的數(shù)量和位置，可使串聯(lián)Η型濾波器的頻率特性的波谷抬高，使濾波 器在整個中低頻段均有良好的濾波性能，實現(xiàn)中低頻段的全頻譜濾波。
[0076] 進一步的，所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86由錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15組成，錐形 較窄端開口于彈性薄壁7。其中錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量比彈性薄壁7的楊氏模量要 大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔15的楊氏模量比錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量 要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉。故當壓力脈動頻率落在高頻段時，S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)起 濾波作用，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(a)狀態(tài);而當脈動頻率落在中頻段時， 濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)镾型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁7濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性阻尼孔管 16和縫孔15都處于圖7 (a)狀態(tài)；當脈動頻率落在某些特定的低頻頻率時，濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)?插入式串并聯(lián)Η型濾波器、S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性 阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(b)狀態(tài)，由于插入式串并聯(lián)Η型濾波器的固有頻率被設(shè)計 為和這些特定低頻脈動頻率一致，對基頻能量大的系統(tǒng)可起到較好的濾波效果；當脈動頻 率落在某些特定頻率以外的低頻段時，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(c)狀態(tài)。 這樣的變結(jié)構(gòu)濾波器設(shè)計既保證了液壓系統(tǒng)的全頻段全工況濾波，又降低了正常工況下濾 波器的壓力損失，保證了系統(tǒng)的液壓剛度。
[0077] 本濾波器8還能實線工況自適應(yīng)壓力脈動衰減。當液壓系統(tǒng)工況變化時，既執(zhí)行元 件突然停止或運行，以及閥的開口變化時，會導(dǎo)致管路系統(tǒng)的特性阻抗發(fā)生突變，從而使原 管道壓力隨時間和位置變化的曲線也隨之改變，則壓力峰值的位置亦發(fā)生變化。由于本發(fā) 明的濾波器的軸向長度設(shè)計為大于系統(tǒng)主要壓力脈動波長，且濾波器的插入式螺旋異構(gòu)串 聯(lián)Η型濾波器的容腔長度、S型容腔濾波器的長度和彈性薄壁的長度和濾波器軸線長度相 等，保證了壓力峰值位置一直處于濾波器的有效作用范圍內(nèi)；插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波 器的錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開在S型彈性薄壁上，沿軸線方向均勻分布，螺旋異構(gòu)纏繞的波紋管 和共振容腔間的錐形插入管在軸向均勻分布，使得壓力峰值位置變化對濾波器的性能幾乎 沒有影響，從而實現(xiàn)了工況自適應(yīng)濾波功能。考慮到三種濾波結(jié)構(gòu)軸向尺寸和濾波器相當， 這一較大的尺寸也保證了液壓濾波器具備較強的壓力脈動衰減能力。
[0078] 采用本濾波器8進行液壓脈動濾波的方法如下：
[0079] 1)，液壓流體通過輸入管進入S型容腔濾波器，擴大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動的濾波；
[0080] 2)，通過S型彈性薄壁87受迫振動，消耗流體的壓力脈動能量，完成中頻壓力脈動 的濾波；
[0081] 3)，通過插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔、錐形插入管和流體 產(chǎn)生共振，消耗脈動能量，完成低頻壓力脈動的濾波；
[0082] 4)，將濾波器的軸向長度設(shè)計為大于液壓系統(tǒng)主要壓力脈動波長，且插入式串并 聯(lián)Η型濾波器長度、雙管插入式濾波器長度和S型彈性薄壁87長度同濾波器長度相等，使壓 力峰值位置一直處于濾波器的有效作用范圍，實現(xiàn)系統(tǒng)工況改變時壓力脈動的濾波；
[0083] 5)，通過錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的錐形彈性阻尼孔管的伸縮和縫孔的開關(guān)，完成壓力 脈動自適應(yīng)濾波。
[0084] 機械潤滑油中的金屬磨損磨粒按照其電磁特性可分為鐵磁質(zhì)微粒(如鐵)和非鐵 磁質(zhì)微粒(如銅、鋁）。鐵磁質(zhì)微粒增強傳感器線圈的等效電感，而非鐵磁質(zhì)微粒則削弱傳感 器線圈的等效電感。當兩種微粒同時通過檢測線圈時，該監(jiān)測裝置將失效。為此，本發(fā)明用 分離吸附模塊2來分離這兩種微粒。所述分離吸附模塊2由依次連接的機械離心模塊21、磁 化模塊22、磁吸附模塊23、起電模塊24以及電吸附模塊25組成。
[0085] 其中，所述機械離心模塊21使油液在離心作用下，質(zhì)量較大的固體顆粒被甩向腔 壁，其采用沿程起旋的方式，其設(shè)計原理如下:在管道中設(shè)置一定高度和長度的扭曲的導(dǎo)流 片，并使葉面切線與軸線成一定角度，因管流邊界發(fā)生改變可使流體產(chǎn)生圓管螺旋流，該螺 旋流可分解為繞管軸的周向流動和軸向平直流動，流體中攜帶的顆粒物產(chǎn)生偏軸線向心螺 旋運動。該旋流離心裝置21由旋流管壁211、第一導(dǎo)流片212、第二導(dǎo)流片213、步進電機214 以及流量傳感器215等幾部分組成，所述步進電機214和流量傳感器215電性連接至Ε⑶1。 [0086]其中，所述第一導(dǎo)流片212設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片212沿管壁211內(nèi)圓周隔120° 均勻分布，其安放角(第一導(dǎo)流片212和旋流管壁211之間的夾角)設(shè)為18°，以保證最佳切向 流動。所述第二導(dǎo)流片213和第一導(dǎo)流片212結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片212后，并和第 一導(dǎo)流片212錯開60°連接在管壁211內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C，用于減少阻力并加大周向流動 的強度。另外，可根據(jù)實際分離效果同樣再設(shè)置第三或更多的導(dǎo)流片，安放角逐次增加。所 述步進電機214連接并驅(qū)動第一導(dǎo)流片212和第二導(dǎo)流片213,以調(diào)節(jié)安放角，從而可獲得更 好的離心效果，獲知使導(dǎo)流片212、213適應(yīng)不同的工況。所述流量傳感器215設(shè)置在管壁211 內(nèi)的中央，ECU1通過讀取流量傳感器215的數(shù)值分析旋流分離效果，并據(jù)此控制步進電機 214,步進電機214調(diào)節(jié)各導(dǎo)流片212、213的安放角，以獲得更加分離效果。
[0087] 進一步的，所述第一導(dǎo)流片212的長邊與管壁211相連，短邊213沿管壁211的軸線 延伸;為減小阻力，其前緣挫成鈍形;為避免繞流，后緣加工成翼形;其高度為管壁211直徑 的0.4倍，使形成的螺旋流具有較大的強度;長度為管壁211直徑的1.8倍，以保證較大的對 油液的作用范圍。
[0088] 所述磁化模塊22將油液中攜帶的鐵磁性金屬磨損微粒的強力磁化，并使微米級的 磨損微粒聚合成大顆粒，可提高敏感裝置的輸出信號強度。所述磁化裝置22由鋁質(zhì)管道 221、若干繞組222、鐵質(zhì)外殼223以及法蘭224組成。其中，所述鋁質(zhì)管道221使油液從其中流 過而受到磁化處理，且鋁的磁導(dǎo)率很低，可以使管道221中獲得較高的磁場強度。
[0089]所述若干繞組222分別繞在鋁質(zhì)管道221外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣 漆制成。所述鐵質(zhì)外殼223包覆于鋁質(zhì)管道221上，鐵質(zhì)的材料會屏蔽掉大部分的磁通。所述 法蘭224焊接在鋁質(zhì)管道221的兩端。
[0090] 所述磁吸附模塊23用于吸附聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒，其可采用同極相 鄰型吸附環(huán)。該同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道231、正向螺線管232、反向螺線管233以 及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234等部件組成。其中，所述正向螺線管232和反向螺線管233分別布置于鋁質(zhì) 環(huán)形管道231內(nèi)并由ECU1控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管232和反向螺線 管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道231的內(nèi)壁上，其位于 正向螺線管232和反向螺線管233相鄰處、以及正向螺線管232和反向螺線管233軸線的中間 點。
[0091] 所述同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計原理如下:通電正向螺線管232、反向螺線管233,相 鄰的正向螺線管232、反向螺線管233通有方向相反的電流，使得正向螺線管232、反向螺線 管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極;同時，鋁質(zhì)環(huán)形管道231能夠改善磁路，加大管道內(nèi)壁處的磁場 強度，增強鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管232、反向螺線管233電流 由ECU1直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。
[0092]進一步的，所述磁吸附模塊23也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊 錘的同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道231、正向螺線管232、反向螺線管233、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽 234、隔板235、電擊錘236以及電磁鐵237等部件組成。其中，所述正向螺線管232和反向螺線 管233分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道231內(nèi)并由ECU1控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向 螺線管232和反向螺線管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234布置于鋁質(zhì)環(huán)形管 道231的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管232和反向螺線管233相鄰處、以及正向螺線管232和反 向螺線管233軸線的中間點。所述電擊錘236和電磁鐵237位于隔板235之間。所述電磁鐵237 連接并能推動電擊錘236,使電擊錘236敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道232內(nèi)壁。所述ECU1電性連接并控 制正向螺線管232、反向螺線管233和電磁鐵237。
[0093]所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計原理如下:通電正向螺線管232、反向螺 線管233,相鄰的正向螺線管232、反向螺線管233通有方向相反的電流，使得正向螺線管 232、反向螺線管233相鄰處產(chǎn)生同性磁極；同時，鋁質(zhì)環(huán)形管道231能夠改善磁路，加大管道 內(nèi)壁處的磁場強度，增強鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管232、反向螺 線管233電流由ECU1直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附 性能。而通過電擊錘236的設(shè)置，防止顆粒在鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽234處大量堆積，影響吸附效果。此 時，通過電磁鐵237控制電擊錘236敲擊管道231的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開。 同時，在清洗管道231時，電擊錘236的敲擊還可以提高清洗效果。
[0094]所述磁吸附模塊23吸附完成后，E⑶1控制電磁鐵斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性， 附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁并以低速隨油液沿管壁進入起電模塊24。 [0095]所述起電模塊24使液壓油中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電，其由若干電極241以 及一電極控制器242組成。所述若干電極241安裝于液壓管路9上，其分別連接至電極控制器 242。所述電極控制器242電性連接向電極241施加電壓，使油液中的顆粒物質(zhì)帶電。
[0096]所述電吸附模塊25將油液中的非鐵磁性金屬磨損顆粒吸附在管壁上，其由鋁質(zhì)管 道251、陽極板252、陰極板253以及極板控制器254組成。其中，所述陽極板252、陰極板253分 別設(shè)置在鋁質(zhì)管道251上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板252、陰極板253分別電性連接至極板 控制器254上;所述極板控制器254電性連接至E⑶1，并由E⑶1控制。
[0097]所述電吸附模塊25的工作原理如下：帶電的非鐵磁質(zhì)金屬磨損微粒隨油液以速度 V沿管壁流入電吸附模塊25,電吸附模塊25的陰陽兩個電極525、253受極板控制器254控制 產(chǎn)生和速度V方向垂直的均勻電場，則帶電微粒在電場離心模塊中受到垂直于速度方向的 電場力的作用，使帶電顆粒在該力的作用下向極板做拋物線運動，帶電微粒沿運動方向吸 附其它微粒形成聚合大顆粒。該拋物線運動具體是指帶電微粒在軸向跟隨油液做直線運 動，徑向則在電場力作用下做勻速或變速運動，通過極板控制器254改變電場強度即可改變 運動速度，使帶電聚合大顆粒吸附到管壁上。吸附完成后，當ECU1控制極板控制器254斷電 時，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁并以低速隨油液沿管壁進入旋轉(zhuǎn)塑形模 塊3 〇
[0098] 所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊3用于提高檢測的靈敏度。研究表明：傳感器線圈的電感變化率 與磨粒半徑的三次方成正比。同時，磁介質(zhì)的形態(tài)越趨向于細長狀，其退磁因子越小，磁化 強度越大，磁化場場強越大。對傳感器等效電感的變化影響越大。該旋轉(zhuǎn)塑形模塊3由鋁質(zhì) 管道31、若干繞組32、鐵質(zhì)外殼33、法蘭34以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35等幾部分組 成。其中，所述若干繞組32分別繞在鋁質(zhì)管道31外;所述鐵質(zhì)外殼33包覆于鋁質(zhì)管道31上； 所述法蘭34焊接在鋁質(zhì)管道31的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35連接至一繞組32。
[0099] 所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊3的設(shè)計原理如下：聚合大顆粒隨油液進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3后， ECU1控制旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35，使旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊35中流過三相對稱電流，該 電流在鋁質(zhì)管道31內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁化顆粒在旋轉(zhuǎn)磁場作用下受到磁場力的作用，并在 該力的作用下以螺旋狀前進，磁化微粒沿磁力線方向形成了很多針狀結(jié)構(gòu)，這些針狀結(jié)構(gòu) 在磁場旋轉(zhuǎn)時將跟隨磁場做螺旋運動，具體是在軸向跟隨油液做直線運動，徑向則跟隨旋 轉(zhuǎn)磁場做螺旋運動。調(diào)整三相對稱電流即可改變螺旋運動的速度和軌跡。當運動的針狀結(jié) 構(gòu)和運動軌跡上的金屬微粒遭遇時，彼此結(jié)合成大顆粒聚合物。通過旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,使油 液中的金屬微粒的粒徑增大同時形態(tài)變?yōu)榧氶L針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增 加，進一步增強了雙線圈式檢測的靈敏度。
[0100] 金屬磨損微粒在油路中為非均勻分布，流型變化十分復(fù)雜，當微粒大小和材質(zhì)變 化時，其引起的磁場變化是很微弱的，若檢測磁場不均勻?qū)?dǎo)致嚴重的測量誤差，使檢測靈 敏度降低；同時雙線圈式微粒檢測要求檢測線圈和參考線圈的特性完全一致，這一般是很 難達到的，為此需要設(shè)計的檢測線圈7具有在線自動調(diào)節(jié)的功能。具體的說，所述檢測線圈7 的繞組由正繞組71和逆繞組72組成，各繞組連接至一激勵電流輸出模塊73,該激勵電流輸 出模塊7 3由E⑶模塊控制，其使用的數(shù)字電位計為AD5 206，具有6通道的輸出，可以和E⑶1之 間實現(xiàn)單總線數(shù)據(jù)傳輸。ECU通過單總線實現(xiàn)對磁化繞組的多塊激勵電流輸出模塊73的電 流設(shè)定和輸出。運放AD8601和MOS管2N7002通過負反饋實現(xiàn)了高精度的電壓跟隨輸出。恒定 大電流輸出采用了德州儀器(TI)的高電壓、大電流的運放OPA 549。
[0101] 所述檢測線圈7的工作原理如下：為了產(chǎn)生同極性方向的磁場并同時彌補缺口造 成的磁場不均衡，正繞組71和逆繞組72內(nèi)的電流特性相同，在液壓管道9的軸線方向上排列 有多對正逆繞組，通過不同激勵電流輸出模塊73控制電流，就可以形成系統(tǒng)要求的均勻磁 場。
[0102] 進一步的，所述檢測線圈4、參考線圈5相串聯(lián)，兩者組成一個傳感器。當檢測線圈4 中無磨粒時，由于檢測線圈4和參考線圈5特性相同，沒有輸出電壓。而當磨粒進入檢測線圈 4時，則引起傳感器輸出電壓的變化，這個變化量是相對穩(wěn)定的。當油液中通過有金屬大顆 粒時，引起磁場擾動，導(dǎo)致傳感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。利用鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì)金屬微粒對原 磁場的相反影響，導(dǎo)致輸出信號相位相反，可區(qū)分油液中磨損顆粒類型;磁介質(zhì)顆粒越大， 纖度越大，對磁場影響越大，輸出信號的幅值越大，檢測的靈敏度越高。利用鐵磁質(zhì)和非鐵 磁質(zhì)金屬微粒對原磁場的相反影響，導(dǎo)致輸出信號相位相反，可區(qū)分油液中磨損顆粒類型， 從而實現(xiàn)信號一致性好、可靠性高、檢測信號強且誤差小的雙管插入式變結(jié)構(gòu)雙線圈油液 在線監(jiān)控系統(tǒng)。
[0103] 由于磁滯現(xiàn)象的存在，當鐵磁材料磁化到飽和狀態(tài)后，即使撤消外加磁場，材料中 的磁感應(yīng)強度仍回不到零點，需要外加磁場消磁。為了防止磁化微粒進入液壓回路，對污染 敏感液壓元件造成損傷，設(shè)計了消磁模塊9,包括剩磁傳感器和消磁器。ECU1根據(jù)消磁器出 口處剩磁傳感器的檢測值控制消磁器的消磁強度。此處采用的消磁方法為電磁退磁，方法 是通過加一適當?shù)姆聪虼艌觯沟貌牧现械拇鸥袘?yīng)強度重新回到零點，且磁場強度或電流 必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步降低。
[0104] 采用上述監(jiān)控裝置對液壓油進行監(jiān)控的具體方法如下：
[0105] 1)，液壓管路9中的油液通過濾波器8,濾波器8衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的 脈動壓力，以及抑制流量波動；
[0106] 2)，之后油液進入分離吸附模塊2的機械離心模塊21，使油液中的磨損顆粒聚合并 實現(xiàn)初步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近；
[0107] 3)，通過磁化模塊22使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強力磁化；
[0108] 4)，磁吸附模塊23吸附磁化的金屬聚合大微粒；
[0109] 5)，通過起電模塊24,使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合；
[0110] 6 )，隨后帶電顆粒以速度V流入電吸附模塊25，電吸附模塊25受ECU 1控制產(chǎn)生和速 度v方向垂直的均勻磁場，帶電顆粒在分離裝置中受到垂直于速度方向和磁場方向的洛侖 磁力的作用，使帶電顆粒在該力的作用下向鋁質(zhì)管壁運動，從而使油液中的非鐵磁性金屬 磨損微粒從油液中"分離"出來，吸附在管壁上。
[0111] 7)，在磁吸附和電吸附到足夠的微粒濃度后，ECU1先控制電吸附模塊25將電場方 向先反向，再取消電場，則吸附在管壁上的非鐵磁性金屬磨損微粒從靜止開始脫離管壁緩 慢進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,而電吸附模塊25此時則恢復(fù)原先的電場。同時，ECU1控制磁吸附模 塊23斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒將脫離管壁，起電 模塊24的斷電，鐵磁性顆粒以低速隨油液流過起電模塊24和電吸附模塊25，進入旋轉(zhuǎn)塑形 模塊3。隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)。
[0112] 8)，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,此時ECU1 控制三相對稱繞組中流過三相對稱電流，該電流在鋁質(zhì)管道內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁化顆粒在 旋轉(zhuǎn)磁場作用下受到磁場力的作用，并在該力的作用下以螺旋狀前進，磁化微粒沿磁力線 方向形成了很多針狀結(jié)構(gòu)，這些針狀結(jié)構(gòu)在磁場旋轉(zhuǎn)時將跟隨磁場做螺旋運動，當運動的 針狀結(jié)構(gòu)和運動軌跡上的金屬微粒遭遇時，彼此結(jié)合成大顆粒聚合物。
[0113] 9)，通過旋轉(zhuǎn)塑形模塊3,使油液中的金屬微粒的粒徑增大同時形態(tài)變?yōu)榧氶L針狀 結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增加，進一步增強了雙線圈式檢測的靈敏度。隨后這兩類 微粒以低速、高濃度、大顆粒和大纖度的狀態(tài)分批進入檢測線圈4，ECU1控制激勵電流保持 檢測線圈4的磁場均勻性，同時由于同一型號的電感對鐵質(zhì)顆粒的檢測能力要大于對銅質(zhì) 顆粒的檢測能力，需要ECU調(diào)節(jié)激勵電流來補償這一差異，以保持輸出的一致性。流量傳感 器7用于檢測測量時的流量參數(shù)，用于測量結(jié)果修正。
[0114] 10)，檢測線圈4中無磨粒時，傳感器的零位電壓存在一定的波動，由于檢測線圈4 和參考線圈5特性相同，沒有輸出電壓。而當磨粒進入檢測線圈時，則引起傳感器輸出電壓 的變化，這個變化量是相對穩(wěn)定的。當油液中通過有金屬大顆粒時，引起磁場擾動，導(dǎo)致產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢。利用鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì)金屬微粒對原磁場的相反影響，導(dǎo)致輸出信號相位 相反，可區(qū)分油液中磨損顆粒類型;磁介質(zhì)顆粒越大，纖度越大，對磁場影響越大，輸出信號 的幅值越大，檢測的靈敏度越高。利用鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì)金屬微粒對原磁場的相反影響，導(dǎo) 致輸出信號相位相反，可區(qū)分油液中磨損顆粒類型。從而實現(xiàn)信號一致性好、可靠性高、檢 測信號強且誤差小的雙管插入式變結(jié)構(gòu)雙線圈油液在線監(jiān)控系統(tǒng)。
[0115] 11 )，通過消磁模塊9消除磁性微粒磁性，防止磁化微粒進入液壓回路，對污染敏感 液壓元件造成損傷。
[0116]以上的【具體實施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng) 作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特征在于:其采用一種 監(jiān)控設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置在液壓管路上，包括濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、檢測線 圈、參考線圈、消磁模塊、流量傳感器以及ECU;其中，所述濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形 模塊、檢測線圈、流量傳感器、消磁模塊依次設(shè)置在液壓管路上;所述檢測線圈、參考線圈相 串聯(lián);所述ECU分別電性連接并控制濾波器、分離吸附模塊、旋轉(zhuǎn)塑形模塊、檢測線圈、參考 線圈、消磁模塊和流量傳感器;所述濾波器包括輸入管、外殼、輸出管、波紋管以及S型彈性 薄壁;其中，所述輸入管連接于外殼的一端，其和一液壓油進口對接;所述輸出管連接于外 殼的另一端，其和U型微粒分離模塊對接;所述S型彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其 內(nèi)形成膨脹腔和收縮腔;所述輸入管、輸出管和S型彈性薄壁共同形成一 S型容腔濾波器;所 述S型彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開有若 干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通共振容腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈 性阻尼孔管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀繞在共振容腔外，和共振容腔通過多個錐形 插入管連通;所述波紋管各圈之間通過若干支管連通，支管上設(shè)有開關(guān);所述波紋管和共振 容腔組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器;所述分離吸附模塊由依次連接的機械離心模塊、 磁化模塊、磁吸附模塊、起電模塊以及電吸附模塊組成;其包括如下步驟： 1 )，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈動壓 力，以及抑制流量波動； 2)，之后油液進入分離吸附模塊的機械離心模塊，使油液中的磨損顆粒聚合并實現(xiàn)初 步離心，使質(zhì)量較大的聚合大顆粒甩向管壁附近； 3 )，通過磁化模塊使鐵磁性金屬聚合大顆粒被強力磁化； 4) ，磁吸附模塊吸附磁化的金屬聚合大微粒； 5) ，油液通過起電裝置，使油液中的非鐵磁性金屬磨損微粒帶電聚合； 6) ，油液流入電吸附模塊，電吸附模塊吸附非鐵磁性金屬磨損微粒； 7) ，ECU先控制電吸附模塊將電場方向先反向，再取消電場，使非鐵磁性金屬磨損微粒 進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，之后恢復(fù)電場；同時，ECU控制磁吸附模塊和起電模塊的斷電，鐵磁性顆 粒進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊;隨后，磁吸附模塊和起電模塊恢復(fù)原先工作狀態(tài)； 8) ，帶電的非鐵磁性微粒和磁化的鐵磁性微粒先后進入旋轉(zhuǎn)塑形模塊，使油液中的兩 種金屬微粒的粒徑增大同時形態(tài)變?yōu)榧氶L針狀結(jié)構(gòu)，使得金屬微粒的纖度也大大增加； 9) ，兩類微粒分批進入檢測線圈，并通過檢測線圈和參考線圈的配合來監(jiān)測微粒的類 型和數(shù)量； 10 )，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性。2. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述輸入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開口較寬處 位于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔錐形彈性阻尼孔管的楊氏模量比 彈性薄壁的楊氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏模量比錐形彈性阻 尼孔管的楊氏模量要大，能隨流體壓力開啟或關(guān)閉；所述錐形插入管開口較寬處位于波紋 管內(nèi)，其錐度角為10°。3. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述機械離心模塊采用旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流 片、第二導(dǎo)流片、步進電機以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流 片沿管壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相 同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C ;所 述第一導(dǎo)流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼 形，其高度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進電機連接并驅(qū)動第一導(dǎo) 流片和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。4. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼以及法蘭;其中，所述若干繞組分 別繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端。5. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述磁吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán)，該同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、 正向螺線管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì) 環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁 極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰 處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點。6. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述磁吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，該帶電擊錘的同極相鄰型吸 附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵； 所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使 得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的 內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中 間點;所述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所 述電磁鐵連接并能推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。7. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述起電模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于液壓管路上， 其分別連接至電極控制器。8. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述電吸附模塊包括鋁質(zhì)管道、陽極板、陰極板以及極板控制器;其中，所述陽極 板、陰極板分別設(shè)置在鋁質(zhì)管道上，并呈相對設(shè)置;所述陽極板、陰極板分別電性連接至極 板控制器上;所述極板控制器電性連接至E⑶，并由E⑶控制。9. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其特 征在于:所述旋轉(zhuǎn)塑形模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干旋轉(zhuǎn)塑形電 流輸出模塊;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上； 所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每一旋轉(zhuǎn)塑形電流輸出模塊連接至一繞組。10. 如權(quán)利要求1所述的用全頻段變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波、和塑形的油液監(jiān)控方法，其 特征在于:所述檢測線圈的繞組由正繞組和逆繞組組成，各繞組連接至一激勵電流輸出模 塊，該激勵電流輸出模塊由ECU模塊控制。
【文檔編號】G01N15/10GK105865984SQ201610310774
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】朱烈峰
【申請人】紹興文理學(xué)院