本發明涉及感應式油液磨屑傳感器，具體涉及一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法及系統。

背景技術：

1、金屬屑末是滑油中最常見的污染物，在工作時，因軸承、齒輪等頻繁摩擦、磨損產生的金屬顆粒污染物，在設備狀態監測中，通過分析金屬屑末的材質，能夠有效定位設備的損傷部位。以風力發電機軸承組為例，鐵屑末通常與齒面、滾子等部件的損傷相關，而銅屑末則常與軸承保持架的損傷有關。對于感應式屑末監測方法而言，油液中的金屬屑末可以分為鐵磁性屑末與非鐵磁性屑末。鐵磁性屑末在外加磁場中表現出強烈的鐵磁性，能夠產生與外加磁場同方向的附加磁場，從而使電感增強，這類金屬中，以鐵最為常見，與之相對，以銅為代表的非鐵磁性材料則會抵抗或減弱磁化作用，導致線圈內的電感減小。

2、在感應式在線監測方法中，通常將感應信號相位調節至與參考信號同相位，再使用混頻、濾波等操作得到屑末信號，通過屑末信號的相位來判斷其材質是鐵磁性還是非鐵磁性，并通過信號的幅值來評估屑末的大小。現有技術對于非鐵磁性屑末監測存在兩個難點，第一，傳統方法對于非鐵磁性屑末的檢測靈敏度較低，無法對較小尺寸的非鐵磁性進行監測屑末；第二，傳統方法為了達到同相位效果，需要使用多個移相電路進行調節，該過程較為繁瑣、調節過程容易產生誤差，且需要占用大量電路空間，提高了制造成本，當工況例如溫度、油液流速變化時，相位需要額外調整。綜上所述，如何對非鐵磁性屑末進行高精度監測，同時簡化操作流程是感應式油液非鐵磁性屑末傳感器信號處理急需解決的問題。

技術實現思路

1、為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法及系統，采用微控制器控制雙信號/波形發生芯片分別生成正弦激勵信號與方波參考信號，使用方波作為參考信號可以提高屑末信號的幅值，相比傳統方法，幅值可提高23.37%；另外通過微控制器可以對信號發生器的信號相位進行快速調節，從而針對不同屬性的屑末進行對應調節，尤其是可以大幅提高非鐵磁性屑末的信號幅值，最高可提高90%以上；本發明電路結構可以有效簡化電路，減少元器件數量，在節省成本的同時減少多余器件產生的額外噪聲，解決了上述背景技術中提到的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，包括如下步驟：

3、s1、微控制器控制：通過微控制器向兩個波形發生芯片發送指令；

4、s2、雙信號發生：基于兩個波形發生芯片生成兩個波形、相位可調的周期信號；

5、s3、方波混頻：用于引入方波作為參控信號進行混頻操作；

6、s4、混頻差調節：通過調節混頻差，獲得不同非鐵磁性屑末信號最佳信噪比。

7、優選的，所述兩個波形發生芯片均為ad9833芯片。

8、優選的，在步驟s2中，使用兩個波形發生芯片生成正弦波和方波，并分別作為激勵信號和參考信號，正弦波信號為：

9、；

10、方波信號為：

11、；

12、其中，、為余弦信號與方波信號增益，與為正弦信號與方波信號初始相位，為信號的頻率。

13、優選的，所述兩個波形發生芯片共用一個外接晶振以確保激發同步。

14、優選的，所述微控制器共使用4個接口控制所述兩個波形發生芯片；其中兩個接口分別作為兩個波形發生芯片的片選線，一個接口作為數據線同時連接兩個波形發生芯片，一個接口作為時鐘線同時連接兩個波形發生芯片。

15、優選的，在步驟s3中，引入方波作為參考信號進行混頻操作，方波參考信號在后續混頻操作后，所得信號表達為：

16、；

17、其中，為綜合增益，相較于正弦信號作為參考信號，理論幅值提高23.37%。

18、優選的，在步驟s4中，通過微控制器代碼調節正弦信號初始相位與方波信號初始相位數值，決定傳感器信號的初始相位，混頻差表示為：

19、；

20、其中，不同屬性的金屬屑末通過改變來優化屑末信號幅值。

21、另一方面，為實現上述目的，本發明還提供了如下技術方案：一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測系統，包括如下模塊：

22、微控制器控制模塊、用于通過微控制器向兩個波形發生芯片發送指令；

23、雙信號發生模塊、基于兩個波形發生芯片生成兩個波形、相位可調的周期信號；

24、方波混頻模塊、用于引入方波作為參控信號進行混頻操作；

25、混頻差調節模塊、通過調節混頻差，獲得不同非鐵磁性屑末信號最佳信噪比。

26、本發明的有益效果是：

27、1）本發明使用微控制器與兩個ad9833芯片作為雙信號發生器，生成相位可調的激勵信號與參考信號。通過微控制器代碼調節相位，代替多個移相電路調節的傳統方法，避免復雜的相位調節過程，并提高不同工況下的電路穩定性，同時減少器件數量，降低成本，消除過多電路引入的噪聲；

28、2）本發明引入方波作為參考信號，提高屑末信號信噪比。為了獲得頻譜集中的感應信號，感應式方法使用正弦信號作為激勵，傳統方法的參考信號與激勵信號同源，同樣為正弦信號，而在混頻階段，正弦波并不是參考信號的最優解，使用方波作為參考信號可以提高23%的信號幅值；

29、3）本發明采用混頻差調節，通過調節混頻差，獲得不同非鐵磁性屑末信號最佳信噪比，鐵磁性屑末最佳混頻差通常為0，即感應信號與參考信號的相位一致，此時屑末信號的幅值、信噪比最高；而非鐵磁性屑末的最佳混頻差一般在180°附近，隨著屑末的磁導率的變化而變化。通過所述雙信號發生電路，可調節混頻差至180°，從而大幅提高非鐵磁性屑末的信號幅值，從而提高檢測精度。

技術特征：

1.一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：所述兩個波形發生芯片均為ad9833芯片。

3.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：在步驟s2中，使用兩個波形發生芯片生成正弦波和方波，并分別作為激勵信號和參考信號，正弦波信號為：

4.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：所述兩個波形發生芯片共用一個外接晶振以確保激發同步。

5.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：所述微控制器共使用4個接口控制所述兩個波形發生芯片；其中兩個接口分別作為兩個波形發生芯片的片選線，一個接口作為數據線同時連接兩個波形發生芯片，一個接口作為時鐘線同時連接兩個波形發生芯片。

6.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：在步驟s3中，引入方波作為參考信號進行混頻操作，方波參考信號在后續混頻操作后，所得信號表達為：

7.根據權利要求1所述的非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法，其特征在于：在步驟s4中，通過微控制器代碼調節正弦信號初始相位與方波信號初始相位數值，決定傳感器信號的初始相位，混頻差表示為：

8.一種根據權利要求1-7中任一項所述非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法的系統，其特征在于：包括如下模塊：

技術總結
本發明屬于感應式油液磨屑傳感器技術，具體公開了一種非鐵磁性油液屑末高信噪比感應式檢測方法及系統，方法包括如下：微控制器控制，通過微控制器向兩個波形發生芯片發送指令；雙信號發生，基于兩個波形發生芯片生成兩個波形、相位可調的周期信號；方波混頻，用于引入方波作為參控信號進行混頻操作；混頻差調節，通過調節混頻差，獲得不同非鐵磁性屑末信號最佳信噪比。本發明可以精準控制感應信號與參考信號的混頻差，尤其是對于非鐵磁性屑末，采用不同混頻差提高屑末信噪比，同時引入方波作為參考信號提高屑末信號幅值，簡化了相移過程，并提高了電路的穩定性，為屑末信號后續提供可靠的數據。

技術研發人員：錢征華,王冠,李鵬,錢智,謝天豪
受保護的技術使用者：蘇州仁正智探科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28