一种基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器

技术领域

本发明涉及高精度和超通量的金属磨粒检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器。

背景技术

油液检测分析技术是对机械系统内的油液(液压油、润滑油等)中的理化性能和污染颗粒进行定量与定性的分析。当油液中开始产生较多小粒径磨粒时，表明机械系统内部有异常磨损，存在安全隐患。如果不能及时发现并消除隐患会使设备运行的风险系数提高，并产生磨粒加快系统磨损速度，系统磨损产生更多磨粒的恶性循环，直至系统完全停转，带来巨大的时间与经济损失。因此，对机械系统油液进行及时、有效的检测，是降低机械系统运行风险、防患于未然的有效手段。

油液检测技术有多种检测方法，目前常用的方法有声学检测法、光学检测法与电学检测法。其中电学检测法包括电感检测法、电容检测法，相比于其他检测方法，电感检测法具有能够区分不同金属颗粒、检测精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。但是目前电感检测大多采用圆形线圈结构，此结构检测流道中的磁场分布不均匀，大小相同的颗粒经过流道的不同位置时产生的信号幅值存在差异，导致检测结果不准确。

发明内容

根据上述提出现有电感检测技术，其检测区域磁场分布不均匀导致无法对小颗粒产生稳定检测结果的技术问题，而提供一种基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器。本发明椭圆三线圈传感器在拥有三线圈检测优势的前提下，具有更加均匀的磁场，能够实现流道内磁场的均匀分布，提高检测结果稳定性与准确性。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器，包括：椭圆三线圈传感器和电路部件，其中：

所述椭圆三线圈传感器，包括注油口、PDMS、矩形流道、玻璃载片、出油口、第一激励线圈、感应线圈和第二激励线圈；

所述电路部件，包括三线圈油液监检测传感器电路、信号处理电路以及数据采集卡；

连接关系如下：

第一激励线圈和第二激励线圈并联在所述三线圈油液监检测传感器电路中的电压为U

激励信号U

进一步地，所述信号处理电路包括电性连接的信号放大电路、低通滤波电路、双相锁相放大电路以及后置滤波电路，交流信号依次经过信号放大电路、低通滤波电路、双相锁相放大电路以及后置滤波电路处理后，转换为直流信号。

进一步地，所述第一激励线圈、第二激励线圈和感应线圈的结构相同，均由铜丝缠绕而成，其中，第一激励线圈和第二激励线圈反向绕制且其内部均以同样大小的坡莫合金块填充。

进一步地，所述第一激励线圈、第二激励线圈和感应线圈的匝数均为800匝，长度为400mm，宽度为4mm，高度为3mm。

进一步地，所述第一激励线圈、第二激励线圈和感应线圈以1300μm的间隔并排排列，所述矩形流道为沿水平径向方向的任意两个线圈之间的间隔。

进一步地，所述矩形流道的制作方法，包括：

将三个线圈以1300μm的间隔并排排列；

沿着间隔位置穿过厚1300μm、宽2.4cm的铁片，将线圈与铁片固定在玻璃载片上，并使用模具将其包裹；

将PDMS与固化剂以10:1的比例混合，并使用真空干燥箱抽取其中的气泡；

将PDMS倒入模具中，再放入真空干燥箱干燥30分钟使其固化；

固化完成后，将铁片抽出，即形成矩形流道。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器，能够增强检测区域磁场的均匀性，提高传感器的检测通量，实现对较小金属磨粒稳定、准确的检测。

基于上述理由本发明可在油液检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明椭圆三线圈传感器结构图。

图2为本发明电路部件结构图。

图3为本发明实施例提供的单个不同大小铁颗粒的感生电压。

图4为本发明实施例提供的单个不同大小铜颗粒的感生电压。

图5为本发明实施例提供的79μm铁颗粒两次检测产生的感生电压。

图6为本发明实施例提供的80μm铜颗粒两次检测产生的感生电压。

图中：1、注油口；2、PDMS；3、矩形流道；4、玻璃载片；5、出油口；6、第一激励线圈；7、感应线圈；8、第二激励线圈；9、坡莫合金块；10、三线圈油液监检测传感器电路；11、信号处理电路；12、数据采集卡；13、信号放大电路；14、低通滤波电路；15、双相锁相放大电路；16、后置滤波电路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于电感法实现油液检测的椭圆三线圈传感器，包括：椭圆三线圈传感器和电路部件，其中：

所述椭圆三线圈传感器，包括注油口1、PDMS2、矩形流道3、玻璃载片4、出油口5、第一激励线圈6、感应线圈7和第二激励线圈8；

所述电路部件，包括三线圈油液监检测传感器电路10、信号处理电路11以及数据采集卡12；

连接关系如下：

如图2所示，第一激励线圈6和第二激励线圈8并联在所述三线圈油液监检测传感器电路10中的电压为U

激励信号U

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述信号处理电路11包括电性连接的信号放大电路13、低通滤波电路14、双相锁相放大电路15以及后置滤波电路16，交流信号依次经过信号放大电路13、低通滤波电路14、双相锁相放大电路15以及后置滤波电路16处理后，转换为直流信号。如图2所示，M

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述第一激励线圈6、第二激励线圈8和感应线圈7的结构相同，均由线径为70μm的铜丝缠绕而成，其中，第一激励线圈6和第二激励线圈8反向绕制且其内部均以同样大小的坡莫合金块9填充。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述第一激励线圈6、第二激励线圈8和感应线圈7的匝数均为800匝，长度为400mm，宽度为4mm，高度为3mm。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述第一激励线圈6、第二激励线圈8和感应线圈7以1300μm的间隔并排排列，所述矩形流道3为沿水平径向方向的任意两个线圈之间的间隔。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述矩形流道3的制作方法，包括：

将三个线圈以1300μm的间隔并排排列；

沿着间隔位置穿过厚1300μm、宽2.4cm的铁片，将线圈与铁片固定在玻璃载片4上，并使用模具将其包裹；

将PDMS与固化剂以10:1的比例混合，并使用真空干燥箱抽取其中的气泡；

将PDMS倒入模具中，再放入真空干燥箱干燥30分钟使其固化；

固化完成后，将铁片抽出，即形成矩形流道3。

实施例

将润滑油通过注油口1注入矩形流道3，然后提前用显微镜准确测量，将具体尺寸分别为45μm、79μm、140μm、160μm、200μm、300μm、350μm的铁磨粒准备好，按照从小到大的顺序放入注油口1后再将润滑油注入矩形流道3，颗粒完全通过检测区域并流出矩形流道3视为单次检测完成，以此类推，以同样的实验方法完成80μm、94μm、137μm、175μm、250μm、350μm、400μm的铜磨粒检测，不同尺寸铁磨粒与铜磨粒通过流道的电感变化分别如图3、图4所示。当单个铁颗粒通过椭圆三线圈传感器时，其输出信号会出现两个波峰和一个波谷。当单个铜颗粒通过椭圆三线圈传感器时，其输出信号也会出现两个波谷和一个波峰。

将一个尺寸为79μm的铁颗粒注入流道并经过检测区域后，用微量注射泵缓慢抽吸使其反向穿过不同检测区域后再次经过检测区域，得到同尺寸颗粒两次检测的电感变化如图5所示，可以看出由于椭圆三线圈在检测区域产生的磁场较均匀这一特性，两次检测的电感值几乎完全相同，再将尺寸为80μm的铜磨粒按照同样方法进行试验，结果如图6所示，两次电感变化也几乎相同。

综上所述，本发明提出的在油液检测分析中针对检测区域磁场不均匀，小磨粒检测结果不准确和检测通量小等问题的检测方法，能够通过改变线圈形状和流道沿径向分布的方式对小磨粒进行准确、稳定的检测，防止由于检测区域磁场不均匀产生小磨粒检测结果不稳定的情况。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。