摘要
油液在各类船用大型机械系统中履行着传动、润滑、密封、冷却的职责，分布在系统的驱动、传动、执行机构中。油液的健康状况不仅反映了当前船用机械系统运行状况，更加关系到整条船舶机械系统的运行稳定性。对于船舶来说，具有海上工作环境恶劣、机械运维时间长、维修经济成本高的特点。因此，检测船用机械系统循环油液中的金属磨粒，获取机械系统摩擦学信息，判别机构构件异常磨损情况，预测机械系统全寿命周期状态，对于实现各类船舶早期故障诊断尤为重要。电感检测法由于具有检测灵敏度高、油液透光性影响低、体积小等优点，在发展机械系统状态在线监测方面具有巨大潜力。 本文基于微流控平台，在电感检测法的基础上，利用频分复用技术对电感检测多通道信号进行识别，从而实现双通道油液污染物的分频同时区分检测，实现多通道、多参数的实时状态监测，对船机设备早期故障诊断技术的提高具有较大的参考价值。文章完成工作如下： 第1章介绍油液检测的背景意义，并强调电感式微流体技术在油液检测领域的突出优势。根据相关研究现状，提炼出该技术在发展在线检测的过程中，存在通量小、检测指标单一的关键问题，提出采用频分复用方法增加检测通道，进一步规划出多通道信号频分复用的研究技术路线。第2章根据技术路线中的流程，分别分析了所应用的技术及涉及到的理论。 第3章设计并制作了双通道电感式油液检测芯片，对激励频率、线圈品质因数、电桥元件参数因素影响电感电桥输出差动信号灵敏度的规律展开分析，从而确定交流电感电桥的激励频率、元件参数以及线圈尺寸参数。基于电感式微流控颗粒计数芯片，将油液检测与频分复用技术相结合，采用调幅手段对双通道的检测信号实施调制，使得双通道的金属磨粒电感检测信号搭载在一路合成已调信号中，且无需增加数据采集设备。设计信号处理与调制电路系统，经信号处理电路输出的350???铁磨粒电压信号，其信噪比为57.61~59.80。在信号处理电路的整流、滤波、差分放大信号过程中，利用电阻分压电路调整电感电桥检测时的基准电压平衡；同时，利用电阻分压电路对输出模拟信号施加正向偏置，使其在频分复用系统中作为单路调制信号参与多路模拟信号的调制过程。 第 3 章对比了包含载波分量的常规调幅与不包含载波分量的抑制载波双边带调幅的模拟调制方法，并分别建立Costas环相干解调数字模型以及包络检波数字解调模型。通过第2章理论分析和第3章实验结果表明，采用不包含载波分量的调制方法与相应的相干解调方法，会使解调信号极易产生?相位模糊，从而造成金属磨粒区分检测时在属性上的误判。因此，选用常规调幅的模拟调制方法，结合由Hilbert变换和绝对值函数组成的包络检波数字解调方法，实现双通道的同时区分检测，其中354???的铁磨粒电压信号信噪比为59.77~63.97，361???的铜磨粒信噪比为53.71~54.52。 第4章在上述系统各参数固定的条件下实验时，发现金属污染物流动速度会对实验结果产生一定的影响并展开研究。从理论和实验两方面明晰了金属污染物流速对检测结果的影响机理。对于金属磨粒来说，其流速不但会影响在电磁场中所产生的涡流效应程度，还会影响电路对于该频率成分磨粒信号的输出。
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