[发明专利]一种基于磁性探测原理与电感法的发动机金属屑检测方法

说明书

本发明公开了一种基于磁性探测原理与电感法的发动机金属屑检测方法，通过差分涡流阵列探测与磁场调制相配合，根据金属屑的调制位移，能在差分涡流阵列探测线圈中形成规律性的响应信号；由于金属屑材质、颗粒大小等的未知性，先期无法获得完整的运动模型，因此，先综合运用随机信号处理、调制解调、盲信号分离等算法，从一系列线圈中分离提取出金属屑响应信号，并重构出运动轨迹，然后根据每个运动轨迹估计出金属屑的大小和材质，并进行计数，实现发动机滑油系统的金属屑定量检测及定位。

技术领域

本发明属于缺陷检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于磁性探测原理与电感法的发动机在线金属屑检测方法。

背景技术

航空发动机滑油系统检测分为离线检测与在线检测，常见的离线检测方法有铁谱分析、光谱分析等。但这些离线检测手段大部分工作都是在实验室进行的，实时性低，且对故障的严重程度及发展更多依赖于人的主观判断，从而导致其随机误差大，极易误报和漏报滑油系统中的金属屑末。因此离线检测手段逐渐被淘汰，在线检测手段成为了研究重点。

国外研究者自20世纪80年代中期就已经开展发动机金属屑末在线监测技术的研究，其重点多集中于金属屑末的在线测传感器开发上。根据原理可以分为：(1)磁性探测法(2)电感法(3)电容法(4)超声检测法(5)光电感应法(6)在线X射线光谱法(7)静电荷检测法。

(1)磁性探测法

磁性探测法原理是在发动机滑油系统中安装磁性元件，吸附或拦截滑油中的铁磁性金属屑末，金属屑末累积到一定程度会使报警电路导通，其产生的感应信号强弱与金属屑量成正比。由于磁力的大小与距离相关，油液粘度不同其对抗磁力的反作用力也不同，油液粘度和金属屑中铁磁性物质的含量会影响检测结果。

1985年的《Industrial Lubrication and Tribology》的第37卷第5号“MEASURINGTHE DEBRIS”一文介绍了CDM(continuous Debris Monitor)在线金属屑探测器。该传感器由1个永久磁铁，1双极靴和2个热配对的磁阻器件组成。紧靠磁敏电阻安装了2个温度传感器对零点及灵敏度热漂移进行补偿，整个组件用环氧树脂封装在1个非铁磁性的套筒里。此方法可检测大于100um的铁颗粒，但该方法的检测灵敏度与金属屑的铁磁物质含量、磁性及形状相关而导致尺寸精度差，且有效检测区域受油液粘度影响，收集到的金属屑量与润滑油中所带金属屑量的关系很难确定，只能用作定性辅助检测手段。

(2)电感法

电感法原理是在滑油管道上绕制或采用平面工艺构成电感，利用电感线圈产生初始磁场，有金属屑通过时，磁场发生扰动，磁场的变化转化为电压的改变，变化量与金属屑尺寸、形状和金属材料密切相关。

1992年的《Measurement Science and Technology》的第3卷第7号的“An onlinewear debris monitor”一文公布了以线圈作为振荡器的谐振电感法，并设置锁相环可以自动补偿振荡器频率上的任何缓慢漂移，同时可以检测和放大金属颗粒产生的瞬态扰动。频移的方向可以区分铁磁性和非铁磁性金属颗粒，信号振幅可以测量碎片的大小和浓度。但由于受磨粒形状的干扰，该方法无法定量检测磨粒尺寸，多按100μm尺寸范围分段处理，也无法实现磨粒数量的定量识别，在磨粒产生速度较高时，多个同时通过传感器的磨粒会被误检为单个磨粒，试验验证磨粒距离小于5mm就存在误检。

(3)电容法

电容法原理是当滑油系统中有金属屑末通过时会改变栅极电容器两块板之间的介电常数，导致电容发生变化，利用阻抗分析仪检测金属屑引起的介电常数变化即可。该方法的优点是成本低、加工方便，且金属材料的介电常数和气泡、水、油液及其他非金属材质相差很大，因此电容型方法对材料特性干扰不敏感，油液颜色也不影响检测效果。但极板尺寸和距离会影响其检测精度，即流道增大会导致其有效分辨率降低，因此检测精度和取样代表性存在矛盾。