基于多信号分析的船机油液污染LOC高精度检测新机理研究

Micro particles in marine machinery systems contain vital information of the device working status. The qualitative detection and quantitative counting of oil particles pollutant is of important significance to the condition monitoring and fault diagnosis of the marine machineries. Accurate wear debris distinguishment and detection has been the key problem concerning online monitoring of ship equipments..Based on our recent studies, a new method was put forward that ferrous metallic particles, non-ferrous metallic particles and non-metallic particles can be accurately detected in marine lubrication oil. This new method is through multi signal analysis by Lab-on-a-chip (LOC). Theoretically, we will establish the model of ferrous metallic particles, non-ferrous metallic particles and non-metallic particles in harmonic field. The mechanism for multi linear solenoid micro-inductive sensor to accomplish the distinction and detection of different particles will also be explored. The model of particle size, wear debris concentration and detection signal will be drafted. The general theory about the detection of the abrasive grain qualitatively and quantitatively in the micro-channels will be achieved. Based on the electromagnetic inductive microfluidic system, a multi linear solenoid micro inductive sensor will be developed. Multi signal will be detected and analyzed. Through the combination of simulation and experiment，the relationship between the wear debris properties, flow status, wear particle shape, electrical parameters of micro inductor and the detection sensitivity will be elucidated. This work provides an original method to the precise detection of lubrication oil and status analysis of marine machineries.

船机油液中的微米级颗粒污染物富含设备运行状况的重要信息，其定性检测和定量计数对于船机的状态监测和故障诊断具有重要意义。能否对颗粒污染物进行精确地区分检测与计数，已经成为制约船机设备真正实现在线状态监测的关键问题。.本课题在前期研究基础上，提出基于多信号分析的船机油液污染物LOC检测新机理，实现油液中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒和非金属颗粒污染度的精确测量。从理论上建立时谐磁场中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒和非金属颗粒的数学模型，研究多线式微电感传感器实现不同属性磨粒区分检测的作用机理；建立不同属性磨粒粒径、浓度与检测信号三者关系的模型；从而获得定性、定量检测微流道内磨粒的一般性理论。通过研制多线式微电感传感器，对磨粒检测时产生的多种信号进行提取和分析，掌握不同磨粒特征在各种流动状态下的磨粒检测信号变化规律。本课题将为精确检测油液中的磨粒属性、分析船机设备工作状态提供一种原创方法。

油液污染是导致设备故障的重要原因之一，油液中的微米级颗粒污染物含有丰富的摩擦学信息及设备腐蚀信息，这些信息能够反映设备运行状况和故障情况，对油液中的污染物做出快速准确的区分和检测，不仅可以诊断出系统的故障部位，并且能够对机械设备进行状态监测和寿命预测，这对基于信息融合的现代故障诊断与预报理论来说具有重要价值。课题组提出基于多信号分析的船机油液污染LOC高精度检测新机理研究，通过单个微阻抗芯片对多个参数的共同检测分析，实现油液中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒以及非金属颗粒的区分检测，主要研究内容及结论如下：.（1）以油液中多种颗粒污染物和线圈电磁场为研究对象，研究了污染物与线圈电磁场的相互作用机理，建立了油液中多种污染物与多参数芯片中双线圈结构的耦合模型，得到了时谐电磁场中，处于空间任意位置的颗粒引起双线圈阻抗变化的精确表达式，能够为具有双线圈结构的传感器检测性能分析提供理论支持。.（2）提出基于电感线圈的多参数微阻抗分析方法，并以此为依据设计了具有双线圈结构的多参数微流体阻抗检测芯片，该芯片既能作为电感传感器对金属颗粒引起的电感变化进行检测，也能作为电容传感器对非金属颗粒引起的电容变化进行检测，实现了单个微芯片对多个阻抗参数的测量，从而能够区分检测油液中的铁磁性和非铁磁性金属颗粒，以及油液中的水滴和气泡等多种颗粒污染物。.（3）在多参数微阻抗芯片中通过集成高磁导率铁芯以及LC振荡电路方法对芯片进行优化，极大地提高了微阻抗芯片的检测灵敏度，铁颗粒的检测下限为10μm，铜颗粒的检测下限为50μm，水滴的检测下限为100μm，气泡的检测下限为180μm。相较于传统的电感式油液传感器，经过优化之后的微阻抗芯片不仅扩大了污染物类别的检测范围，同时也具有更高的检测灵敏度。同时，设计了一种环形截面的微通道，在不降低检测灵敏度的前提下将油液的理论通量提高了8倍。