高精度在线油液监测系统设计

　　磨损和润滑不良是导致机械设备损坏或发生故障的主要原因。Shell公司报告数据表明:柴油机大约35%的运行故障和38. 5%的齿轮失效是由于磨损引起的，几乎40%的滚动轴承失效是由十润滑不当产生。在机械设备中，相接触部件的相对运动，都会发生磨损。其中，润滑油污染是一个重要因素。润滑油的污染主要来源于零部件的磨损颗粒、腐蚀物、润滑油和添加剂经一系列物理化学变化而形成的胶质、沥青、油泥以及一些燃烧产物等。因此，润滑油污染监测是诊断机械设备故障的重要手段之一。传统的油液颗粒监测主要是采用离线取样的分析方法，这需要昂贵的仪器，且测试周期长。随着现代机械系统变得越来越复杂、精密和高性能，对油液的监测要求也越来越高，传统的油液监测技术不利十机械系统故障的早期预防和诊断，因而不适十现场使用。笔者一提出了利用AVR对激光入射强度的自动控制，采用自聚焦光纤传感器对油液中磨粒和污染的状态进行数据采集，经光电转换后由高性能AVR进行A/ D的转换，得到在不同入射光强下的污染度的平均值，并将结果实时地在LE D上显示。由于AVR处理速度快、集成高精度A/D转换部件，因此系统具有电路简单、转换精度高、集成度好等优点。

　　1理论依据

　　1.1磨损颗粒的特征

　　大量现场工作设备监测数据表明，油液中含有磨粒的性质和成因有三类:金属磨损颗粒，主要是设备磨擦的产物，也是严重磨损和故障发生的特征指示;非金属磨损颗粒，主要是燃烧产物、密封、滤器材料等失彭的产物，以颗粒形式存在润滑系统中;环境污染物瓢粒，主要是设备作业现场空气中的各种微粒，尤其是刀放系统，油液中污染物颗粒的含量较高，多以氧化物有在。这些颗粒的尺寸在1一40μm之间，尤其以尺寸在20一30μm的颗粒响最大，小于1μm的颗粒对磨损不起作用。因此，选用的传感器的监测范围应在1一40μm之间。

　　1.2双光路光纤传感器测量原理

　　激光入射到具体一定粒度分布的颗粒时将出现夫琅一费衍射现象。当光照射到悬浮油液时，一部分被吸收，另一部分则发生散射，其余的直接穿过油液，被光敏探测器接收，当入射光的光强一定时，通过测量输出的光强可以得出油液的污染度。当一束强度为I0的激光入射污染的油液中时，受到颗粒散射和吸收的作用，经过Z距离后光强将衰减为I，入射光强和输出光强遵守BPPI一Lamhert吸收定律:

　　其中t为衰减系数，与颗粒直径、尺寸分布、光源的波长以及油液的相对折射率有关;l为测量光程。这样在已知光源强度I0及测得衰减后的光强I之后，就可以求得入射光通过被测油液的相对衰减率，而相对衰减率的大小能反应油液的污染程度。