机载工况下的油液磨粒在线检测抗干扰方法研究

Inductive debris sensor is the most potential online technique for oil debris detection by far, which is an important way to diagnose mechanical faults and has a great significance to promote our industry of advanced manufacturing. However, the performance deterioration caused by actual interference seriously limits its usage. This project will focus on the problem and systematically study anti-interference in airborne environment for inductive debris sensors. The mechanism of each interference source to affect the inductive sensor will be studied and then the sensor structure will be optimized with the principle of common-mode rejection to reduce the interference. And, an adaptive elimination method based on reconstructing interference signal will be presented for the residual noise came from the inconsistency of sensor’s components and the asymmetry of interference’s positions. The experimental devices will be built to validate the proposed methods and test the sensor’s performance. Finally, the problem of performance deterioration will be solved through these two ways, and the achievements will support online fault diagnosis in a series of important fields such as aviation equipment, marine vessels, construction machinery and energy facilities, etc.

电感式检测作为目前最具潜力的在线磨粒检测方法，是实现机械系统故障诊断的重要手段，对我国重大装备的崛起具有十分重要的意义。然而，实际工作环境干扰导致的检测性能不足严重制约了这一技术的应用。由此本项目将针对这一问题，以干扰极为复杂、需求最为迫切的航空装备为背景，系统地研究机载工况下电感式磨粒检测的抗干扰方法。从理论上分析各干扰因素的作用机理，并创新地将共模抑制方法融入磨粒传感器的设计之中，从信号源头上对环境干扰进行抑制；同时针对抑制通道不一致和干扰源不对称所带来的残余干扰，提出一种基于干扰信号重构的自适应消除方法，并研制相关的实验装置进行测试和性能评估。最终，从传感器设计和信号处理两方面解决实际应用中检测性能严重下降这一问题。其研究成果能被迅速应用于航空装备、海洋船舶、工程机械、能源设施等一系列重大领域，为我国重大装备的在线故障诊断奠定理论基础和提供技术手段。

电感式检测作为目前最具潜力的在线磨粒检测方法，是实现机械系统故障诊断的重要手段，对我国重大装备的崛起具有十分重要的意义。然而，实际工作环境干扰导致的检测性能不足严重制约了这一技术的应用。由此本项目针对这一问题，以干扰极为复杂、需求最为迫切的航空装备为背景，系统地研究了机载工况下电感式磨粒检测的抗干扰方法。首先针对机载环境下的机械振动和电磁干扰，提出了一种基于共模干扰抑制的传感器设计方法，并建立了磨粒传感器信号模型。在有限元仿真优化的基础上，设计了基于差分放大抑制共模干扰的新型磨粒传感器结构。通过实际通油实验和干扰测试实验评估了传感器的磨粒检测能力和抗干扰能力，实验表明该磨粒传感器能够在复杂干扰环境下检测100μm以上的磨粒。其次，针对磨粒混叠所产生的干扰问题，本项目提出了一种基于神经网络的混叠误差修正方法，实验表明在高浓度(50~100mg/L)下提出的修正方法能够将混叠误差控制在20%以内。进一步，针对磨粒信号的在实际环境中的干扰问题，本项目提出了一种基于多窗口的相关运算方法，通油实验结果表明该方法能够有效的抑制传感器原始型号中的干扰，并将原始信噪比提升5倍以上。本项目通过传感器设计和信号处理两方面开展了干扰抑制方法研究，为实现我国重大装备在线故障检测奠定理论基础和提供技术手段，其研究成果有望应用于航空装备、海洋船舶、工程机械、能源设施等一系列重大领域。