網(wǎng)友：能否談?wù)勝F司今年基于磁吸效應(yīng)推出的吸附式磨粒傳感器的研發(fā)背景、技術(shù)突破及其應(yīng)用價(jià)值?

　　一、磨粒傳感器

　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　在國(guó)外，油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用到風(fēng)機(jī)齒輪箱、軍事裝備等重大裝備上，且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不同類型的磨粒檢測(cè)傳感器。

　　智火柴：舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)一家技術(shù)公司生產(chǎn)的定量鐵磁顆粒傳感器，集磁鐵、感應(yīng)線圈及自檢功能的次級(jí)線圈于一體，其工作原理為磁鐵構(gòu)建磁場(chǎng)環(huán)境，每當(dāng)捕獲到一個(gè)鐵磁性微粒，感應(yīng)線圈即準(zhǔn)確輸出一個(gè)信號(hào)，超過(guò)90%的鐵磁性微粒均難逃其“法眼”。

　　盡管國(guó)內(nèi)已有學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)涉足磨粒傳感器領(lǐng)域，探索利用電荷效應(yīng)原理開(kāi)發(fā)磨粒傳感器，但受限于制造工藝的精細(xì)要求及信號(hào)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的門檻，信號(hào)處理的難題尚未得到根本解決，且部分鐵磁傳感器的研究仍停留于實(shí)驗(yàn)室的初步階段，缺乏全方面系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)估以驗(yàn)證其精度。

　　而國(guó)外研究雖已取得顯著進(jìn)展，但其出名的磁塞檢測(cè)技術(shù)主要對(duì)大顆粒敏 感，難以有 效捕捉油液中細(xì)微的碎屑磨粒。

　　智火柴：反觀國(guó)內(nèi)，鐵磁傳感器的研究仍深陷于檢測(cè)機(jī)制探索與技術(shù)積累的初級(jí)階段，尚未孵化出具備廣泛市場(chǎng)應(yīng)用潛力的成熟產(chǎn)品?；诖吮尘埃腔鸩駡F(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，運(yùn)用前沿的微磁感應(yīng)技術(shù)，研發(fā)出了IFM-4吸附式磨粒傳感器，以期填補(bǔ)市場(chǎng)空白，提升油液分析的精細(xì)度與效率。

　　二、IFM-4吸附式磨粒傳感器

　　原理及磨損參數(shù)的解讀

　　一款專為磨損設(shè)備而設(shè)計(jì)的IFM-4吸附式磨粒傳感器，采用特 有的微磁感應(yīng)技術(shù)，對(duì)油品中鐵磁磨損顆粒的細(xì)微變化展現(xiàn)出強(qiáng)勁的靈敏度，同時(shí)搭建全新電路設(shè)計(jì)與模型算法，使傳感器通過(guò)檢測(cè)頭部永磁體上累積的鐵磁顆粒，實(shí)現(xiàn)油品內(nèi)大磨粒、小磨粒、磨損指數(shù)、油溫信息的實(shí)時(shí)在線追蹤，為油液狀況及設(shè)備磨損狀態(tài)提供健康評(píng)估。

　　圖示傳感器結(jié)構(gòu)(見(jiàn)左圖)由四大關(guān)鍵組件構(gòu)成：永磁體、PCB線圈、抵消線圈及線圈鐵芯。永磁體作為磁源，賦予傳感器強(qiáng)大的磁吸附能力，使油液中的鐵磁顆粒能夠牢固地附著在PCB線圈表面。

　　IFM-4吸附式磨粒傳感器結(jié)構(gòu) | 左圖

　　PCB 線圈與鐵磁顆粒之間的等效電路 | 右圖

　　如右圖所示：R1和L1為PCB 線圈的電阻和電感，U為 PCB 線圈兩端電壓，R2和L2為鐵磁顆粒的等效電阻和等效電感，I1為 PCB 線圈的電流，I2為鐵磁顆粒的等效電流，M 為PCB 線圈與鐵磁顆粒之間互感。

　　隨著油液在系統(tǒng)中的持續(xù)循環(huán)，鐵磁顆粒逐漸被吸附并累積在PCB線圈之上。當(dāng)這些顆粒的累積量達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值，或經(jīng)過(guò)了一個(gè)特定的時(shí)間間隔后，傳感器自動(dòng)觸發(fā)清潔機(jī)制。通過(guò)向抵消線圈施加準(zhǔn)確的電壓，生成一個(gè)與永磁體磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)，這一反向磁場(chǎng)有 效地削弱了永磁體的磁力，進(jìn)而促使PCB線圈上累積的鐵磁顆粒得以釋放清零，我們稱之為“自動(dòng)清洗功能”。

　　該功能得益于傳感器在設(shè)計(jì)階段融入了永磁體磁場(chǎng)補(bǔ)償機(jī)制，能夠促使顆粒從傳感器頭部脫離，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔功能，有 效延長(zhǎng)了維護(hù)周期。通過(guò)監(jiān)測(cè)兩次自動(dòng)清洗操作之間的時(shí)間間隔，可以評(píng)估設(shè)備磨損趨勢(shì)，為預(yù)防維護(hù)策略的制定提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

　　▲ 傳感器檢測(cè)原理圖

　　當(dāng)鐵磁顆粒通過(guò) PCB線圈時(shí)會(huì)被吸附到 PCB 線圈上并使其電感值發(fā)生變化。PCB 線圈連接在 LC 振蕩電路上，通過(guò)LDC芯片控制，電路會(huì)將電感量的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化，zui終可通過(guò)頻率信號(hào)的監(jiān)測(cè)與分析，反映出油液中鐵磁顆粒的含量變化以達(dá)到檢測(cè)的目的。

　　無(wú)論是微米級(jí)范圍內(nèi)的細(xì)微顆粒，還是毫米級(jí)范圍內(nèi)的鐵磁碎片(碎塊)，皆難逃傳感器敏銳“法眼”?；?~100%的輸出信號(hào)范圍，可以直觀反映傳感器探 頭表面被鐵磁顆粒或磁性碎片覆蓋的比例，為數(shù)據(jù)解讀提供直接依據(jù)。

　　三、復(fù)雜工況下的吸附式傳感器

　　技術(shù)突破與應(yīng)用

　　如果你要問(wèn)傳感器還有何創(chuàng)新性突破?那便是在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中油液的粘滯性，傳感器可以更準(zhǔn)確地捕捉和識(shí)別油液中的金屬磨粒，減少因油液流動(dòng)特性導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)誤差。

　　網(wǎng)友：為了減少檢測(cè)誤差值，將“油液粘滯性”納入傳感器設(shè)計(jì)的考量之一，起到了哪些關(guān)鍵作用?這對(duì)傳感器在惡劣工況下的應(yīng)用有何意義?

　　在傳感器設(shè)計(jì)之初，團(tuán)隊(duì)考慮到油液粘滯性對(duì)磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡、沉積速度及分布形態(tài)的復(fù)雜影響。如上圖所示：隨著粘度增加，磨粒的分布形態(tài)變得更加分散，沉積速度變慢。

　　▲ 不同粘度下磨粒的分布情況

　　并據(jù)此對(duì)IFM-4傳感器的監(jiān)測(cè)算法與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方面優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油液中金屬磨粒的高精度捕捉和識(shí)別。不僅提升了傳感器在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，確保能夠捕獲并穩(wěn)定輸出油液粘度在不同溫度和壓力波動(dòng)條件下的實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加可靠、真實(shí)。

　　▲ IFM-4吸附式磨粒傳感器智能算法模型三維圖

　　因此IFM-4傳感器被賦予了優(yōu)越的環(huán)境適應(yīng)性和前瞻性的預(yù)測(cè)性維護(hù)能力。在面對(duì)煤礦開(kāi)采、港口起重、隧 道挖掘等大型機(jī)械設(shè)備非常惡劣工況，油液不可避免地會(huì)遭受多種污染與雜質(zhì)的侵襲，導(dǎo)致其粘滯性經(jīng)歷復(fù)雜多變的波動(dòng)，而吸附式傳感器也能夠游刃有余地應(yīng)對(duì)這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　目前來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品在起重減速機(jī)、采煤機(jī)搖臂等設(shè)備都有成熟的落地方案。

　　此外，針對(duì)煤礦行業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，智火柴研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合了IFM-4吸附式磨粒傳感器的技術(shù)原理，開(kāi)發(fā)了一款符合煤礦安全生產(chǎn)條例的GYM12系列礦用本安型油液金屬磨屑傳感器，采用了先進(jìn)的本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)，且產(chǎn)品已經(jīng)取得煤安認(rèn)證，為高安全要求行業(yè)提供了可靠的解決方案。

　　適用油品：液壓油、齒輪油、空壓機(jī)油、燃?xì)鈾C(jī)油、水乙二醇抗燃液壓油以及液壓支架乳化油等。

　　通過(guò)監(jiān)測(cè)油液中的金屬磨屑含量，連續(xù)記錄與評(píng)估設(shè)備的磨損狀態(tài)，對(duì)于早期設(shè)備故障、磨損預(yù)警起到可靠的預(yù)防性運(yùn)維作用。

　　智火柴IFM-4吸附式磨粒傳感器，憑借先進(jìn)的磁吸效應(yīng)、自動(dòng)清潔技術(shù)與智能監(jiān)測(cè)算法，突破了復(fù)雜工況下的油液監(jiān)測(cè)瓶頸，顯著降低誤報(bào)率，提升了磨粒檢測(cè)的精度與效率。而GYM12系列礦用本安型傳感器的問(wèn)世，更進(jìn)一步確保了高危環(huán)境中設(shè)備作業(yè)的安全。

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