電磁式油液磨損顆粒在線監測技術

第1章 概述 001
1.1　油液磨粒監測技術 002
1.1.1　基於光學的磨粒監測法 003
1.1.2　基於電學的磨粒監測法 005
1.1.3　基於聲學的磨粒監測法 006
1.1.4　基於磁學的磨粒監測法 007
1.2　電磁式磨粒線上監測技術 011
1.2.1　電磁式磨粒線上監測技術研究現狀 012
1.2.2　電磁式磨粒線上監測技術存在的問題 016
1.2.3　電磁式磨粒線上監測技術的發展趨勢 016
1.3　本章小結 017
　
第2章 電磁式磨粒監測感測器數學建模 019
2.1　磨粒與設備磨損的關係 020
2.1.1　磨損失效的磨粒特徵 020
2.1.2　磨損失效的磨粒種類 022
2.2　磨粒檢測磁特性建模 023
2.2.1　單磨粒磁特性建模分析 023
2.2.2　多磨粒磁特性建模分析 030
2.3　靜磁場中球體金屬磨粒磁特性研究 034
2.3.1　靜磁場中鐵磁性球體磨粒磁感應強度分佈研究 034
2.3.2　靜磁場中鐵磁性球體磨粒引起的磁能變化 038
2.4　交變磁場中球體磨粒磁特性研究 041
2.4.1　交變磁場中鐵磁性球體磨粒磁感應強度分佈研究 041
2.4.2　交變磁場中非鐵磁性球體磨粒磁感應強度分佈研究 049
2.4.3　交變磁場中球體磨粒引起的磁能變化 050
2.5　本章小結 052
　　
第3章 磨粒監測感測器輸出信號影響因素分析 055
3.1　磨粒線上監測感測器磁場和感應電動勢計算 056
3.1.1 磨粒線上監測感測器磁場計算 056
3.1.2　磨粒線上監測感測器感應電動勢計算 063
3.2 勵磁線圈寬度對感測器輸出的影響 065
3.2.1　勵磁線圈寬度對感測器內部磁場的影響 065
3.2.2　勵磁線圈寬度對感應電動勢的影響 066
3.3 勵磁線圈匝數對感測器輸出的影響 067
3.3.1　勵磁線圈匝數對感測器內部磁場的影響 067
3.3.2　勵磁線圈匝數對感應電動勢的影響 068
3.4 勵磁線圈間距對感測器輸出的影響 068
3.4.1　勵磁線圈間距對感測器內部磁場的影響 068
3.4.2　勵磁線圈間距對感應電動勢的影響 069
3.5　其他參數對感測器輸出的影響 072
3.5.1　勵磁頻率對感應電動勢的影響 072
3.5.2　磨粒直徑對感應電動勢的影響 075
3.5.3　感測器內徑對感應電動勢的影響 076
3.6　本章小結 076
　　
第4章 感測器結構參數優化與設計 079
4.1　感測器結構參數優化的性能評價指標 080
4.2　線圈結構參數與磁場均勻性分析 084
4.2.1　線圈結構參數對磁場均勻性的影響 084
4.2.2　正交試驗分析線圈參數對磁場均勻性的影響 087
4.3　感測器線圈結構參數優化建模 089
4.3.1　粒子群優化演算法概述 089
4.3.2　粒子群優化演算法流程 091
4.3.3　粒子群演算法結構參數優化的目標函數 092
4.3.4　粒子群演算法優化結果分析 093
4.4　感測器其他參數的設計與計算 094
4.4.1　感測器軸向尺寸和外徑的確定 094
4.4.2　感測器電路參數的確定 095
4.5　本章小結 097

第5章 高靈敏度感應信號檢測方法 099
5.1　添加高磁導率鐵芯方法提高檢測靈敏度 100
5.1.1　應用高磁導率鐵芯的電磁式感測器結構 100
5.1.2　鐵芯結構對感測器性能的影響 101
5.1.3　線圈四側鐵芯結構及其對性能的影響 106
5.1.4　鐵芯參數對感測器性能影響的模擬分析 108
5.2　諧振電路方法提高檢測靈敏度 114
5.2.1　LC諧振電路原理 114
5.2.2　LC諧振電路對感測器靈敏度影響的分析 116
5.3　微弱磨粒信號的快速提取 120
5.4　磨粒微弱感應信號濾波 124
5.4.1　小波閾值濾波演算法 124
5.4.2　小波濾波關鍵參數的確定 125
5.4.3　信號濾波效果的評價指標 128
5.4.4　不同濾波技術的模擬分析 129
5.5　本章小結 130

第6章 高靈敏度磨粒線上監測系統設計 133
6.1　電感式油液磨粒線上監測儀器設計 134
6.1.1　感測器監測儀器系統的總體設計 134
6.1.2　傳輸協議的設計 135
6.1.3　監測感測器 135
6.2　數字鎖相放大器 138
6.2.1　鎖相放大器原理概述 138
6.2.2　鎖相放大器的工作原理 139
6.2.3　數位鎖相放大器設計 143
6.3　交流穩流勵磁電路 145
6.3.1　基於FPGA的正弦波形發生器 145
6.3.2　模擬低通濾波器 146
6.3.3　波形放大電路 147
6.3.4　驅動電路 148
6.3.5　電路測試 149
6.4　磨粒監測軟體設計 151
6.5　本章小結 153

第7章 油液磨粒線上監測實驗 155
7.1 實驗磨粒的選取 156
7.2 磨粒監測模擬實驗 160
7.2.1　單磨粒實驗 160
7.2.2　雙磨粒實驗 168
7.2.3　添加高磁導率鐵芯的感測器監測實驗 171
7.2.4　感測器線圈參數優化實驗 175
7.3 磨粒監測油液實驗 180
7.3.1　磨粒監測油液實驗概述 180
7.3.2 感測器結構參數優化油液實驗 182
7.3.3　磨粒監測匯流排傳動系統油液實驗 185
7.4　本章小結 188

參考文獻 189

王立勇，北京資訊科技大學教授、博士生導師,在特種車輛傳動裝置測控系統設計、微小磨粒線上檢測感測器研發和無人車輛控制技術領域開展深入研究，先後主持自然科學基金專案2項，省部級和軍工科研專案30余項，在複雜機電系統狀態監測與控制技術領域解決了多項關鍵技術和共性問題，先後發表學術論文100餘篇，授權專利20余項，多項研究成果轉化落地並取得顯著經濟效益，榮獲行業科技進步一等獎1項，二等獎3項。
 
鄭長松，北京理工大學副教授、博士生導師。長期從事裝甲車輛傳動技術、資訊融合技術與故障診斷技術的教學與科研工作。主持自然科學基金、國防基礎產品創新計畫、裝備預先研究課題、重大型號裝備、液力行星變速箱開發等專案30余項。發表學術論文80餘篇，其中被SCI/EI收錄20餘篇、授權發明專利12項。獲國防科技進步一等獎1項、中國儀器儀錶學會科技進步一等獎1項、中國工業集團科技進步獎3項。