一种电感式金属磨粒监测传感器

1.本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种电感式金属磨粒监测传感器。


背景技术：

2.机械磨损随设备运行一直存在，随着磨损加剧，会逐步产生不同直径大小的磨粒，通过对润滑油液中的金属磨粒进行监测，可实现故障的预警，掌握设备的磨损情况及健康状况等。三线圈电感式磨粒监测传感器可同时实现颗粒大小、数量和种类的统计，具有管道流量大、检测信号强的优点，有利于实现对设备运行状况的监测和故障预警。目前，大直径管道下的颗粒检测极限尚有不足，在结构设计及参数优化方面有待改进，因此，有必要提供一种能够对大直径管道下的颗粒进行检测的传感器。


技术实现要素：

3.本发明提供一种电感式金属磨粒监测传感器，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
4.本发明实施例提供一种电感式金属磨粒监测传感器，包括：
5.电感式传感器的监测部分和所述电感式传感器的电路部分；
6.所述电感式传感器的监测部分用于当有待监测的金属磨粒通过所述监测部分的润滑油流道结构时产生电压信号，所述待监测的金属磨粒为所述电感式传感器所监测的目标机械设备在工作过程中产生的金属磨粒；所述电感式传感器的电路部分用于对所述电压信号进行处理以得到所述待监测的金属磨粒的物理属性信息；
7.所述电感式传感器的监测部分包括由磁惰性材料制成的圆柱形骨架结构，所述圆柱形骨架结构的两个端部开设有贯穿孔，所述贯穿孔用于流通对所述目标机械设备进行润滑后的润滑油液；所述圆柱形骨架结构的周面开设有第一凹陷结构、第二凹陷结构和第三凹陷结构；所述第一凹陷结构用于缠绕第一激励线圈，所述第二凹陷结构用于缠绕感应线圈，所述第三凹陷结构用于缠绕第二激励线圈；所述电感式传感器的电路部分包括采用函数信号发生器作为产生激励信号的产生元件的激励信号源、第一低噪声前置放大电路、第一初始不平衡电压补偿电路、第二低噪声前置放大电路、第二初始不平衡电压补偿电路、仪表放大器电路、第一后置放大电路、第三初始不平衡电压补偿电路、相敏检波电路和第二后置放大电路；所述第一激励线圈的一个接线端连接有所述激励信号源的一端，所述第一感应线圈的另一个接线端与所述第二感应线圈的一个接线端连接，所述第二感应线圈的另一个接线端与所述激励信号源的另一端连接；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈所缠绕的线圈的圈数相同；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈工作过程中在所述贯穿孔中产生方向相反的磁场；
8.其中，所述第一低噪声前置放大电路采用第一opa365芯片，所述第一初始不平衡电压补偿电路采用第二opa365芯片，所述第二低噪声前置放大电路采用第三opa365芯片，所述第二初始不平衡电压补偿电路采用第四opa365芯片，所述仪表放大器采用ina333芯
片，所述第三初始不平衡电压补偿电路采用op37芯片，所述相敏检波电路采用ad630芯片，所述第一后置放大电路采用第五opa365芯片，所述第二后置放大电路采用第六opa365芯片；
9.所述感应线圈的一端进行接地处理，所述感应线圈的另一端用于作为初始感应信号的产生端连接到所述第一opa365芯片的反相输入端，所述第一opa365芯片用于对所述初始感应信号进行放大处理，得到放大处理后的感应信号，所述第一初始不平衡电路用于对所述放大处理后的感应信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的感应信号；所述电压补偿处理后的感应信号输入所述ina333芯片的信号输入正极端；
10.所述激励信号源与所述第一激励线圈连接的一端引出第一激励信号和第二激励信号；所述op37芯片用于对所述第一激励信号进行电压补偿处理后，得到电压补偿处理后的第一激励信号；所述第三opa365芯片用于对所述第二激励信号进行放大处理后，得到放大处理后的第二激励信号，所述第四opa365芯片用于对所述放大处理后的第二激励信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的第二激励信号；所述电压补偿处理后的第二激励信号输入所述ina333芯片的信号输入负极端；所述ina333芯片对所述电压补偿处理后的感应信号和所述电压补偿处理后的第二激励信号进行增益调节处理后输入所述第五opa365芯片，所述第五opa365芯片对增益调节处理后的第二激励信号进行第一次后置放大，得到第一次后置放大处理后的第二激励信号；所述ad630芯片对所述第一次后置放大处理后的第二激励信号和所述电压补偿处理后的第一激励信号进行相敏检波后，得到能够反映所述待监测的金属磨粒的物理属性信息的磨粒信号；所述第六opa365芯片对所述磨粒信号进行第二次后置放大处理，得到第二次后置放大处理后的磨粒信号。
11.优选的，所述初始感应信号接入电容c19的一端，所述电容c19的另一端连接电阻r16的一端，所述电阻r16的另一端接入所述第一opa365芯片的反相输入端，所述电容c19连接所述初始感应信号的一端连接电阻r20后进行接地处理；所述第一opa365芯片的电压输出端和所述第一opa365芯片的反相输入端跨接有电阻r14；所述第一opa365芯片的电源正极接入端连接第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接有电容c18的一端，所述电容c18的另一端进行接地处理；所述第一opa365芯片的电源负极接入端进行接地处理；所述第一opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。
12.优选的，所述第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r13后接入所述第二opa365芯片的反相输入端，所述第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r11后接入所述第二opa365芯片的同相输入端，所述第二opa365芯片的同相输入端连接有电容c14的一端，所述电容c14的另一端进行接地处理；所述第二opa365芯片的供电负极端进行接地处理，所述第二opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c15的一端，所述电容c15的另一端进行接地处理；所述第二opa365芯片的反相输入端和所述第二opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r9。
13.优选的，所述第三opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第三opa365芯片的电压输出端和所述第三opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r19；所述第三opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c22的一端，所述电容c22的另一端进行接地处理，所述第二激励信号经过电容c24和电阻r22进行高通滤波后输入到所述第三opa365芯片的反相输入端；所述第三opa365芯片的正
相输入端连接所述第一电源的参考电压端。
14.优选的，所述第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r15后接入所述第四opa365芯片的同相输入端，所述第四opa365芯片的同相输入端连接有电容c16的一端，所述电容c16的另一端进行接地处理；所述第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r17后接入所述第四opa365芯片的反相输入端；所述第四opa365芯片的反相输入端和所述第四opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r12；所述第四opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c17的一端，所述电容c17的另一端进行接地处理。
15.优选的，所述第三opa365芯片的电压输出端接入所述ina333芯片的信号输入负极，所述ina333芯片的信号输入正极和所述第二opa365芯片的电压输出端连接；所述ina333芯片的供电负极端进行接地处理；所述ina333芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端；所述ina333芯片的正极供电端连接电容c11的一端，所述电容c11的另一端进行接地处理；所述ina333芯片的第一增益设置引脚和所述ina333芯片的第二增益设置引脚之间跨接有电阻r10。
16.优选的，所述ina333芯片的电压输出端接入电容c5的电容一端，所述电容c5的电容另一端接入电阻r4的一端，所述电阻r4的另一端接入所述第五opa365芯片的反相输入端；所述第五opa365芯片的反相输入端和所述第五opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r6；所述第五opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第五opa365芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端；所述第五opa365芯片的正极供电端接入电容c9的一端，所述电容c9的另一端进行接地处理；所述第五opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。
17.优选的，所述第一激励信号输入到电阻r5的一端，所述电阻r5的另一端接入所述op37芯片的同相输入端，所述电阻r5的另一端接入电容c8的一端，电容c8的另一端进行接地处理；所述op37芯片的负极供电端接入所述第二电源的负极供电端，所述第二电源的负极供电端接入电容c6的一端，所述电容c6的另一端进行接地处理；所述op37芯片的输出端和所述op37芯片的反相输入端跨接有电阻r8；所述op37芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端接入电容c10的一端，所述电容c10的另一端进行接地处理；所述第一激励信号输入到电阻r7的一端，所述电阻r7的另一端接入所述op37芯片的反相输入端。
18.优选的，所述op37芯片的输出端接入所述ad630芯片的高电平选中信道sela端；所述ad630芯片的输出增益控制端rf、信道b的差分输入端chb-、信道a的差分输入端cha-采用导线连接在一起，形成节点a，；所述ad630芯片的比较器输出端comp、输出端vout、信道b的增益控制端rb采用导线连接在一起，形成节点b，；所述节点b，通过电阻r3和电阻r2连接到所述第六opa365芯片的反相输入端；所述ad630芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c2的一端，所述电容c2的另一端进行接地处理；所述ad630芯片的负极供电端接入所述第二电源的负极供电端，所述第二电源的负极供电端连接电容c3的一端，所述电容c3的另一端进行接地处理；所述ad630芯片的高电平选中信道selb端进行接地处理，所述ad630芯片内的放大器b的同相反馈端进行接地处理；所述ad630芯片的信道a的增益控制端和放大器a的同相反馈端连接在一起后接入电容c7的一
端，所述电容c7的另一端接入所述第五opa365芯片的电压输出端。
19.优选的，所述第六opa365芯片的电压输出端与所述第六opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r1；所述第六opa365芯片的正极供电端和所述第一电源的正极供电端连接，所述第一电源的正极供电端与电容c1的一端连接，所述电容c1的另一端进行接地处理；所述第六opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第六opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。
20.本说明书一个实施例至少能够达到以下有益效果：本发明技术方案提供一种电感式的能够监测金属磨粒的传感器，包括传感器的监测部分和信号处理模拟电路，其中，信号处理模拟电路实现了初始不平衡电压的补偿，低噪声信号的放大、信号滤波及相敏检波等功能，以及完成a/d转换实现信号采集及滤波，由于能够对金属磨粒通过传感器的贯穿孔时产生的微弱电压能够进行有效测量，从而能够对机械设备润滑油中的金属磨粒进行有效监测。
附图说明
21.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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为机械设备磨损颗粒产生过程的示意图；
23.图2为本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的逻辑结构示意图；
24.图3是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的传感器骨架的结构示意图；
25.图4是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中各种电路元件的连接关系示意图；
26.图5是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第一opa365芯片附件的电路连接关系示意图；
27.图6是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第二opa365芯片附件的电路连接关系示意图；
28.图7是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第三opa365芯片附件的电路连接关系示意图；
29.图8是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第四opa365芯片附件的电路连接关系示意图；
30.图9是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中ina333芯片附件的电路连接关系示意图；
31.图10是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中op37芯片附件的电路连接关系示意图；
32.图11是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中ad630芯片附件的电路连接关系示意图；
33.图12是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第五opa365芯片和第六opa365芯片附件的电路连接关系示意图；
34.图13是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器所实际应用场景中中相检波处理后的信号图。
35.其中，1表示第一凹陷结构，2表示第二凹陷结构，3表示第三凹陷结构，4表示贯穿孔。
具体实施方式
36.为使本说明书一个或多个实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书一个或多个实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书一个或多个实施例保护的范围。
37.应当理解，尽管在本技术文件中可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。
38.在机械系统中，运动部件之间的摩擦和磨损很常见，工业中一般会向机械的动力和传动系统中加入润滑油进行润滑，以减小设备部件之间的磨损。润滑油是机械设备能够不断运行的动力源泉，其本身有很多作用，如：密封、润滑、冷却、清洗、减振缓冲等。在发动机持续工作过程中，润滑油容易产生变质，通常润滑油变质的主要原因是油液中掺杂了污染物，这些污染物包括：空气中的灰尘和不明颗粒物，零部件磨损产生的磨粒磨屑和发动机运行过程产生的烟尘等。在发动机工作过程中，润滑油污染在发动机发生故障的原因中占据很大权重，其中润滑油固体颗粒物污染是最易导致润滑油被污染失效的。设备磨损会产生大量磨屑，对润滑油液的金属磨粒进行颗粒特征分析，可以跟踪磨损程度，并预测设备剩余寿命。通过润滑油颗粒检测技术可以获得润滑油内的金属颗粒的种类、尺寸和数量等参数，了解发动机的磨损程度，并可对磨损位置进行定位，通过设置磨粒阈值，可实现磨损预警。在设备运行过程中，机械磨损是一直存在且不断加剧的，一般地可以将其分为磨损开始、磨损稳定和磨损严重三个阶段，如图1所示。
39.油液中金属磨粒通过传感器时，对整个传感器原磁场的影响十分微弱，传感器的感应线圈输出的电压信号也十分微小，从而为了确保传感器测得准确可测的信号，需要设计电压信号处理电路，使得磨粒通过时感应线圈的输出信号可以清楚得到。因此该传感器输出信号的处理电路主要包括低噪声前置放大电路、不平衡电压补偿电路、相敏检波电路及后置放大电路。
40.本发明技术方案针对微小磨粒产生的电压信号，设计了一款有效的模拟信号处理电路。该电路首先基于调幅电路、移相电路和仪表放大器差分电路实现初始不平衡电压的补偿，从而有效的提高了放大倍数，并使用相敏检波电路和低通滤波电路实现低频磨粒信号从高频载波信号中的提取，有效地抑制了高频环境噪声；并进一步采用单片机实现a/d采样，完成信号采集，针对环境中的振动噪声和高频电磁噪声信号，采用快速傅里叶变换低通滤波方法，使噪声信号得到有效抑制，提高了微小磨粒的检测能力。
41.下面结合图2-图12对本发明提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的结构进行
说明。
42.图2为本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的逻辑结构示意图，将三组线圈以一定的距离缠绕在一根磁惰性管上，两端线圈为激励线圈，匝数相同，缠绕方向相反，由同一交流电压源进行激励，两端线圈产生相反方向磁场，中间线圈为感应线圈，感应线圈位置中间位置由于两端磁场的相互抵消，即为零磁场。根据法拉第电磁感应定律，感应线圈感应电压大小与磁通量变化率呈正比，即与磁感应强度变化率成正比。当油液中的金属磨粒流经时，引起磁场变化，感应线圈因此产生感应电压，由于铁磁性磨粒和非铁磁性磨粒对磁场的相反影响，感应电压会表现出相反的相位特征。由此，可通过感应电压峰值的大小预测磨粒大小，通过峰值数目确定磨粒数目，通过感应电压相位特征判断磨粒种类。
43.本发明提供的金属磨粒监测传感器的具体结构包括电感式传感器的监测部分和该电感式传感器的电路部分；电感式传感器的监测部分用于当有待监测的金属磨粒通过监测部分的润滑油流道结构时产生电压信号，待监测的金属磨粒为电感式传感器所监测的目标机械设备在工作过程中产生的金属磨粒；电感式传感器的电路部分用于对电压信号进行处理以得到待监测的金属磨粒的物理属性信息。
44.电感式传感器的监测部分包括由磁惰性材料制成的圆柱形骨架结构，骨架结构部分可以选用有一定强度，耐温性好的磁惰性材料，如有机玻璃管、树脂材料或者pvc管等。圆柱形骨架结构的两个端部开设有贯穿孔，贯穿孔用于流通对目标机械设备进行润滑后的润滑油液；圆柱形骨架结构的周面开设有第一凹陷结构、第二凹陷结构和第三凹陷结构；第一凹陷结构用于缠绕第一激励线圈(可视为图2中的激励线圈1)，第二凹陷结构用于缠绕感应线圈，第三凹陷结构用于缠绕第二激励线圈(可视为图2中的激励线圈2)；电感式传感器的电路部分包括采用函数信号发生器作为产生激励信号的产生元件的激励信号源、第一低噪声前置放大电路、第一初始不平衡电压补偿电路、第二低噪声前置放大电路、第二初始不平衡电压补偿电路、仪表放大器电路、第一后置放大电路、第三初始不平衡电压补偿电路、相敏检波电路和第二后置放大电路；第一激励线圈的一个接线端连接有激励信号源的一端，第一感应线圈的另一个接线端与第二感应线圈的一个接线端连接，第二感应线圈的另一个接线端与激励信号源的另一端连接；第一感应线圈和第二感应线圈所缠绕的线圈的圈数相同；第一感应线圈和第二感应线圈工作过程中在贯穿孔中产生方向相反的磁场。
45.其中，第一低噪声前置放大电路采用第一opa365芯片，第一初始不平衡电压补偿电路采用第二opa365芯片，第二低噪声前置放大电路采用第三opa365芯片，第二初始不平衡电压补偿电路采用第四opa365芯片，仪表放大器采用ina333芯片，第三初始不平衡电压补偿电路采用op37芯片，相敏检波电路采用ad630芯片，第一后置放大电路采用第五opa365芯片，第二后置放大电路采用第六opa365芯片。
46.感应线圈的一端进行接地处理，感应线圈的另一端用于作为初始感应信号的产生端连接到第一opa365芯片的反相输入端(管脚4)，第一opa365芯片用于对该初始感应信号进行放大处理，得到放大处理后的感应信号，第一初始不平衡电路用于对该放大处理后的感应信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的感应信号；该电压补偿处理后的感应信号输入ina333芯片的信号输入正极端；
47.激励信号源与第一激励线圈连接的一端引出第一激励信号和第二激励信号；op37
芯片用于对第一激励信号进行电压补偿处理后，得到电压补偿处理后的第一激励信号；第三opa365芯片用于对第二激励信号进行放大处理后，得到放大处理后的第二激励信号，第四opa365芯片用于对放大处理后的第二激励信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的第二激励信号；电压补偿处理后的第二激励信号输入ina333芯片的信号输入负极端；ina333芯片对该电压补偿处理后的感应信号和电压补偿处理后的第二激励信号进行增益调节处理后输入第五opa365芯片，第五opa365芯片对增益调节处理后的第二激励信号进行第一次后置放大，得到第一次后置放大处理后的第二激励信号；ad630芯片对第一次后置放大处理后的第二激励信号和电压补偿处理后的第一激励信号进行相敏检波后，得到能够反映待监测的金属磨粒的物理属性信息的磨粒信号，相敏检波后的磨粒信号呈现一个低频的正弦波形状，可以对该信号进行后置放大，第六opa365芯片即是对该磨粒信号进行第二次后置放大处理，得到第二次后置放大处理后的磨粒信号。
48.如图5所示，图5是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第一opa365芯片附件的电路连接关系示意图。初始感应信号接入电容c19的一端，电容c19的另一端连接电阻r16的一端，电阻r16的另一端接入第一opa365芯片的反相输入端，电容c19连接初始感应信号的一端连接电阻r20后进行接地处理；第一opa365芯片的电压输出端和第一opa365芯片的反相输入端跨接有电阻r14；第一opa365芯片的电源正极接入端连接第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端连接有电容c18的一端，电容c18的另一端进行接地处理；第一opa365芯片的电源负极接入端进行接地处理；第一opa365芯片的正相输入端连接第一电源的参考电压端。
49.如图6所示，图6是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第二opa365芯片附件的电路连接关系示意图，第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r13后接入第二opa365芯片的反相输入端，第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r11后接入第二opa365芯片的同相输入端，第二opa365芯片的同相输入端连接有电容c14的一端，电容c14的另一端进行接地处理；第二opa365芯片的供电负极端进行接地处理，第二opa365芯片的正极供电端连接第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端连接电容c15的一端，电容c15的另一端进行接地处理；第二opa365芯片的反相输入端和第二opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r9。
50.如图7所示，图7是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第三opa365芯片附件的电路连接关系示意图，第三opa365芯片的供电负极端进行接地处理；第三opa365芯片的电压输出端和第三opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r19；第三opa365芯片的正极供电端连接第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端连接电容c22的一端，电容c22的另一端进行接地处理，第二激励信号经过电容c24和电阻r22进行高通滤波后输入到第三opa365芯片的反相输入端；第三opa365芯片的正相输入端连接第一电源的参考电压端。
51.如图8所示，图8是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中第四opa365芯片附件的电路连接关系示意图，第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r15后接入第四opa365芯片的同相输入端，第四opa365芯片的同相输入端连接有电容c16的一端，电容c16的另一端进行接地处理；第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r17后接入第四opa365芯片的反相输入端；第四opa365芯片的反相输入端和第四opa365芯片的电压
输出端之间跨接有电阻r12；第四opa365芯片的正极供电端连接第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端连接电容c17的一端，电容c17的另一端进行接地处理。
52.如图9所示，图9是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中ina333芯片附件的电路连接关系示意图，第三opa365芯片的电压输出端接入ina333芯片的信号输入负极，ina333芯片的信号输入正极和第二opa365芯片的电压输出端连接；ina333芯片的供电负极端进行接地处理；ina333芯片的正极供电端连接第一电源的正极供电端；ina333芯片的正极供电端连接电容c11的一端，电容c11的另一端进行接地处理；ina333芯片的第一增益设置引脚和ina333芯片的第二增益设置引脚之间跨接有电阻r10。
53.如图12所示，ina333芯片的电压输出端接入电容c5的电容一端，电容c5的电容另一端接入电阻r4的一端，电阻r4的另一端接入第五opa365芯片的反相输入端；第五opa365芯片的反相输入端和第五opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r6；第五opa365芯片的供电负极端进行接地处理；第五opa365芯片的正极供电端接入第一电源的正极供电端；opa365芯片的正极供电端接入电容c9的一端，电容c9的另一端进行接地处理；第五opa365芯片的正相输入端连接第一电源的参考电压端。
54.如图10所示，图10是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中op37芯片附件的电路连接关系示意图，第一激励信号输入到电阻r5的一端，电阻r5的另一端接入op37芯片的同相输入端，电阻r5的另一端接入电容c8的一端，电容c8的另一端进行接地处理；op37芯片的负极供电端接入第二电源的负极供电端，第二电源的负极供电端接入电容c6的一端，电容c6的另一端进行接地处理；op37芯片的输出端和op37芯片的反相输入端跨接有电阻r8；op37芯片的正极供电端接入第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端接入电容c10的一端，电容c10的另一端进行接地处理；第一激励信号输入到电阻r7的一端，电阻r7的另一端接入op37芯片的反相输入端。
55.如图11所示，图11是本说明书实施例提供的一种电感式金属磨粒监测传感器的电路部分中ad630芯片附件的电路连接关系示意图，op37芯片的输出端接入ad630芯片的高电平选中信道sela端；ad630芯片的输出增益控制端rf、信道b的差分输入端chb-、信道a的差分输入端cha-采用导线连接在一起，形成节点a，；ad630芯片的比较器输出端comp、输出端vout、信道b的增益控制端rb采用导线连接在一起，形成节点b，；节点b，通过电阻r3和电阻r2连接到第六opa365芯片的反相输入端；ad630芯片的正极供电端接入第一电源的正极供电端，第一电源的正极供电端连接电容c2的一端，电容c2的另一端进行接地处理；ad630芯片的负极供电端接入第二电源的负极供电端，第二电源的负极供电端连接电容c3的一端，电容c3的另一端进行接地处理；ad630芯片的高电平选中信道selb端进行接地处理，ad630芯片内的放大器b的同相反馈端进行接地处理；ad630芯片的信道a的增益控制端和放大器a的同相反馈端连接在一起后接入电容c7的一端，电容c7的另一端接入第五opa365芯片的电压输出端。
56.第六opa365芯片的电压输出端与第六opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r1；第六opa365芯片的正极供电端和第一电源的正极供电端连接，第一电源的正极供电端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端进行接地处理；第六opa365芯片的供电负极端进行接地处理；第六opa365芯片的正相输入端连接第一电源的参考电压端。
57.需要说明的是，由于说明书附图4部分对本说明书实施例提供的一种电感式金属
磨粒监测传感器的电路部分中各种电路元件的连接关系以电路连接示意图的方式进行了细致说明，前文阐述内容中未描述的电路结构的局部细节内容可参见图4中的内容。同时，图4中标为lm7805即指前文提到的第一电源，其作为独立电源，用于接入各芯片的正极供电端，标为lm7905即指前文提到的第二电源，其作为独立电源，用于接入各芯片的负极供电端。
58.本发明技术方案提供一种电感式的能够监测金属磨粒的传感器，包括传感器的监测部分和信号处理模拟电路，其中，信号处理模拟电路实现了初始不平衡电压的补偿，低噪声信号的放大、信号滤波及相敏检波等功能，以及完成a/d转换实现信号采集及滤波，由于能够对金属磨粒通过传感器的贯穿孔时产生的微弱电压能够进行有效测量，从而能够对机械设备润滑油中的金属磨粒进行有效监测。
59.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
60.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
61.最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，包括：电感式传感器的监测部分和所述电感式传感器的电路部分；所述电感式传感器的监测部分用于当有待监测的金属磨粒通过所述监测部分的润滑油流道结构时产生电压信号，所述待监测的金属磨粒为所述电感式传感器所监测的目标机械设备在工作过程中产生的金属磨粒；所述电感式传感器的电路部分用于对所述电压信号进行处理以得到所述待监测的金属磨粒的物理属性信息；所述电感式传感器的监测部分包括由磁惰性材料制成的圆柱形骨架结构，所述圆柱形骨架结构的两个端部开设有贯穿孔，所述贯穿孔用于流通对所述目标机械设备进行润滑后的润滑油液；所述圆柱形骨架结构的周面开设有第一凹陷结构、第二凹陷结构和第三凹陷结构；所述第一凹陷结构用于缠绕第一激励线圈，所述第二凹陷结构用于缠绕感应线圈，所述第三凹陷结构用于缠绕第二激励线圈；所述电感式传感器的电路部分包括采用函数信号发生器作为产生激励信号的产生元件的激励信号源、第一低噪声前置放大电路、第一初始不平衡电压补偿电路、第二低噪声前置放大电路、第二初始不平衡电压补偿电路、仪表放大器电路、第一后置放大电路、第三初始不平衡电压补偿电路、相敏检波电路和第二后置放大电路；所述第一激励线圈的一个接线端连接有所述激励信号源的一端，所述第一感应线圈的另一个接线端与所述第二感应线圈的一个接线端连接，所述第二感应线圈的另一个接线端与所述激励信号源的另一端连接；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈所缠绕的线圈的圈数相同；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈工作过程中在所述贯穿孔中产生方向相反的磁场；其中，所述第一低噪声前置放大电路采用第一opa365芯片，所述第一初始不平衡电压补偿电路采用第二opa365芯片，所述第二低噪声前置放大电路采用第三opa365芯片，所述第二初始不平衡电压补偿电路采用第四opa365芯片，所述仪表放大器采用ina333芯片，所述第三初始不平衡电压补偿电路采用op37芯片，所述相敏检波电路采用ad630芯片，所述第一后置放大电路采用第五opa365芯片，所述第二后置放大电路采用第六opa365芯片；所述感应线圈的一端进行接地处理，所述感应线圈的另一端用于作为初始感应信号的产生端连接到所述第一opa365芯片的反相输入端，所述第一opa365芯片用于对所述初始感应信号进行放大处理，得到放大处理后的感应信号，所述第一初始不平衡电路用于对所述放大处理后的感应信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的感应信号；所述电压补偿处理后的感应信号输入所述ina333芯片的信号输入正极端；所述激励信号源与所述第一激励线圈连接的一端引出第一激励信号和第二激励信号；所述op37芯片用于对所述第一激励信号进行电压补偿处理后，得到电压补偿处理后的第一激励信号；所述第三opa365芯片用于对所述第二激励信号进行放大处理后，得到放大处理后的第二激励信号，所述第四opa365芯片用于对所述放大处理后的第二激励信号进行电压补偿处理，得到电压补偿处理后的第二激励信号；所述电压补偿处理后的第二激励信号输入所述ina333芯片的信号输入负极端；所述ina333芯片对所述电压补偿处理后的感应信号和所述电压补偿处理后的第二激励信号进行增益调节处理后输入所述第五opa365芯片，所述第五opa365芯片对增益调节处理后的第二激励信号进行第一次后置放大，得到第一次后置放大处理后的第二激励信号；所述ad630芯片对所述第一次后置放大处理后的第二激励信号和所述电压补偿处理后的第一激励信号进行相敏检波后，得到能够反映所述待监测的
金属磨粒的物理属性信息的磨粒信号；所述第六opa365芯片对所述磨粒信号进行第二次后置放大处理，得到第二次后置放大处理后的磨粒信号。2.根据权利要求1所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述初始感应信号接入电容c19的一端，所述电容c19的另一端连接电阻r16的一端，所述电阻r16的另一端接入所述第一opa365芯片的反相输入端，所述电容c19连接所述初始感应信号的一端连接电阻r20后进行接地处理；所述第一opa365芯片的电压输出端和所述第一opa365芯片的反相输入端跨接有电阻r14；所述第一opa365芯片的电源正极接入端连接第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接有电容c18的一端，所述电容c18的另一端进行接地处理；所述第一opa365芯片的电源负极接入端进行接地处理；所述第一opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。3.根据权利要求2所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r13后接入所述第二opa365芯片的反相输入端，所述第一opa365芯片的电压输出端连接电阻r11后接入所述第二opa365芯片的同相输入端，所述第二opa365芯片的同相输入端连接有电容c14的一端，所述电容c14的另一端进行接地处理；所述第二opa365芯片的供电负极端进行接地处理，所述第二opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c15的一端，所述电容c15的另一端进行接地处理；所述第二opa365芯片的反相输入端和所述第二opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r9。4.根据权利要求3所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第三opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第三opa365芯片的电压输出端和所述第三opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r19；所述第三opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c22的一端，所述电容c22的另一端进行接地处理，所述第二激励信号经过电容c24和电阻r22进行高通滤波后输入到所述第三opa365芯片的反相输入端；所述第三opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。5.根据权利要求1所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r15后接入所述第四opa365芯片的同相输入端，所述第四opa365芯片的同相输入端连接有电容c16的一端，所述电容c16的另一端进行接地处理；所述第三opa365芯片的电压输出端连接电阻r17后接入所述第四opa365芯片的反相输入端；所述第四opa365芯片的反相输入端和所述第四opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r12；所述第四opa365芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c17的一端，所述电容c17的另一端进行接地处理。6.根据权利要求4所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第三opa365芯片的电压输出端接入所述ina333芯片的信号输入负极，所述ina333芯片的信号输入正极和所述第二opa365芯片的电压输出端连接；所述ina333芯片的供电负极端进行接地处理；所述ina333芯片的正极供电端连接所述第一电源的正极供电端；所述ina333芯片的正极供电端连接电容c11的一端，所述电容c11的另一端进行接地处理；所述ina333芯片的第一增益设置引脚和所述ina333芯片的第二增益设置引脚之间跨接有电阻r10。7.根据权利要求6所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述ina333
芯片的电压输出端接入电容c5的电容一端，所述电容c5的电容另一端接入电阻r4的一端，所述电阻r4的另一端接入所述第五opa365芯片的反相输入端；所述第五opa365芯片的反相输入端和所述第五opa365芯片的电压输出端之间跨接有电阻r6；所述第五opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第五opa365芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端；所述第五opa365芯片的正极供电端接入电容c9的一端，所述电容c9的另一端进行接地处理；所述第五opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。8.根据权利要求7所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第一激励信号输入到电阻r5的一端，所述电阻r5的另一端接入所述op37芯片的同相输入端，所述电阻r5的另一端接入电容c8的一端，电容c8的另一端进行接地处理；所述op37芯片的负极供电端接入所述第二电源的负极供电端，所述第二电源的负极供电端接入电容c6的一端，所述电容c6的另一端进行接地处理；所述op37芯片的输出端和所述op37芯片的反相输入端跨接有电阻r8；所述op37芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端接入电容c10的一端，所述电容c10的另一端进行接地处理；所述第一激励信号输入到电阻r7的一端，所述电阻r7的另一端接入所述op37芯片的反相输入端。9.根据权利要求7所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述op37芯片的输出端接入所述ad630芯片的高电平选中信道sela端；所述ad630芯片的输出增益控制端rf、信道b的差分输入端chb-、信道a的差分输入端cha-采用导线连接在一起，形成节点a
，
；所述ad630芯片的比较器输出端comp、输出端vout、信道b的增益控制端rb采用导线连接在一起，形成节点b
，
；所述节点b
，
通过电阻r3和电阻r2连接到所述第六opa365芯片的反相输入端；所述ad630芯片的正极供电端接入所述第一电源的正极供电端，所述第一电源的正极供电端连接电容c2的一端，所述电容c2的另一端进行接地处理；所述ad630芯片的负极供电端接入所述第二电源的负极供电端，所述第二电源的负极供电端连接电容c3的一端，所述电容c3的另一端进行接地处理；所述ad630芯片的高电平选中信道selb端进行接地处理，所述ad630芯片内的放大器b的同相反馈端进行接地处理；所述ad630芯片的信道a的增益控制端和放大器a的同相反馈端连接在一起后接入电容c7的一端，所述电容c7的另一端接入所述第五opa365芯片的电压输出端。10.根据权利要求7所述的用于监测金属磨粒的电感式传感器，其特征在于，所述第六opa365芯片的电压输出端与所述第六opa365芯片的反相输入端之间跨接有电阻r1；所述第六opa365芯片的正极供电端和所述第一电源的正极供电端连接，所述第一电源的正极供电端与电容c1的一端连接，所述电容c1的另一端进行接地处理；所述第六opa365芯片的供电负极端进行接地处理；所述第六opa365芯片的正相输入端连接所述第一电源的参考电压端。

技术总结
本发明公开一种电感式金属磨粒监测传感器，方案可以包括：监测传感器包括电感式传感器的监测部分和电路部分，电感式传感器的监测部分用于当有待监测的金属磨粒通过监测部分的润滑油流道结构时产生电压信号，待监测的金属磨粒为电感式传感器所监测的目标机械设备在工作过程中产生的金属磨粒；电感式传感器的电路部分用于对电压信号进行处理以得到待监测的金属磨粒的物理属性信息。本发明技术方案由于能够对金属磨粒通过传感器的贯穿孔时产生的微弱电压能够进行有效测量，从而能够对机械设备润滑油中的金属磨粒进行有效监测。械设备润滑油中的金属磨粒进行有效监测。械设备润滑油中的金属磨粒进行有效监测。


技术研发人员：沈义涛 王哲宇 陶盟 胡婷 张兆营 白雨鑫 吴昊男
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/12