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双激励螺线管式磨粒传感器优化设计及磨粒检测特性研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究的目的

1.1.3 研究的意义

1.2 国内外研究状况与发展趋势

1.2.1 润滑油监测传感器的国外研究状况

1.2.2 润滑油监测传感器的国内研究状况

1.2.3 润滑油监测传感器发展趋势

1.2.4 润滑油监测技术发展状况

1.3 论文的主要研究工作

第二章 双激励螺线管式磨粒传感器的优化

2.1 引言

2.2 传感器的理论基础

2.2.1 传感器的检测原理

2.2.2 传感器的工作原理

2.2.3 电磁学理论

2.2.4 零点残余电压

2.3 传感器数学模型

2.4 传感器特性分析

2.4.1 传感器的主要性能指标

2.4.2 传感器结构参数对输出特性的影响分析

2.5 传感器的优化设计

2.5.1 遗传算法的基本思想

2.5.2 逮传算法原理

2.5.3 遗传算法步骤

2.5.4 遗传算法算子的选择和参数的确立

2.5.5 优化结果

2.6 本章小结

第三章 双激励螺线管式磨粒传感器的有限元仿真分析

3.1 引言

3.2 电磁场分析的理论依据

3.2.1 Maxwell方程(麦克斯韦方程)

3.2.2 位函数

3.2.3 电磁场分析中的边界条件

3.3 传感器有限元建模

3.3.1 有限元方法在电磁场中的应用

3.3.2 有限元软件的选取

3.3.3 传感器2D有限元建模

3.4 传感器输出响应仿真分析

3.4.1 四种磨粒检测传感器模型的磁场强度和感应电动势的比较

3.4.2 正弦激励下传感器的输出特性

3.4.3 激励电压幅值和频率对输出电压的影响

3.4.4 激励电压幅值和频率对零点残余电压的影响

3.5 本章小结

第四章 双激励螺线管式磨粒传感器主要电路设计

4.1 引言

4.2 信号的发生器

4.3 零点残余电压的补偿

4.4 传感器的测量电路

4.4.1 放大电路设计

4.4.2 带通滤波电路

4.4.3 检波电路的设计

4.4.4 低通滤波电路设计

4.5 本章小结

第五章 双激励螺线管式磨粒传感器的实验研究

5.1 引言

5.2 传感器实验测试台搭建

5.3 传感器的实验测试与分析

5.3.1 不同类型磨粒条件下传感器输出电压测试

5.3.2 不同电压和频率条件下传感器输出电压测试

5.3.3 不同含铁磨粒量条件下传感器输出电压测试

5.3.4 传感器的静态特性实验

5.3.5 传感器重复性实验

5.4 本章小结

总结与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

润滑油检测技术已经成为监测机械设备工作状况的一种行之有效的方法。目前,润滑油检测技术得到了一个快速的发展,离线监测技术具有滞后性等缺点,已经不能够达到监测要求,而在线监测技术能够克服离线监测的缺点且具有反应速度快和实时性好等优点,将在线监测用于机械设备的故障诊断方面有广阔的运用前景。传感器是润滑油在线检测中的一个重要部件。基于此,本文设计了一种双激励螺线管式磨粒传感器用于监测油液中的磨损颗粒,主要开展了以下几点工作:
  (1)双激励螺线管式磨粒传感器的优化。对双激励螺线管式磨粒传感器的工作原理进行了详细的叙述,建立了传感器的等效电路模型,利用软件对传感器的数学模型进行仿真,得到了传感器的输出电压和传感器结构参数二者之间的关系;利用遗传算法对传感器的结构参数进行优化,得到了传感器的结构参数和输出电压之间的最优解,设计且制作出了传感器。
  (2)双激励螺线管式磨粒传感器的有限元仿真分析。在电磁场理论的基础上,结合Ansoft Maxwell电磁场有限元仿真软件,对传感器进行磁路耦合分析。详细介绍了Ansoft Maxwell软件对传感器2D模型磁路耦合分析的相关步骤,得到了传感器的四个2D模型。对这四个2D模型结果进行比较分析,并在这个基础上,进行了如下分析:1)在正弦激励下,激励信号的幅值和频率对传感器输出特性的影响;2)在其他条件不变的情况下,铁磨粒位于激励线圈一和激励线圈二以及感应线圈的中间位置时对传感器输出特性的影响;3)在正弦激励下,激励信号的幅值和频率对传感器零点残余电压的影响;
  (3)双激励螺线管式磨粒传感器主要电路设计。设计了传感器相应的放大与滤波电路,应用Multisim电路软件仿真,仿真结果表明设计的电路能够达到预期的效果。
  (4)双激励螺线管式磨粒传感器的实验研究。实验主要研究:1)传感器对两种不同性质的磨粒如铁磨粒和铜磨粒输出特性研究;2)传感器静态特性研究;实验结果证明了仿真结果和数学模型的正确性。本文结论可以为双激励螺线管式磨粒传感器设计及输出特性分析提供参考建议。

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