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申请/专利权人：中国计量大学

摘要：本发明公开了一种基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，由待测滚动轴承，霍尔元件，永磁铁，磁轭，聚磁器，喷油腔，旋转底座，收集池，压电喷油器，喷油口，注油口，伸缩支架，可调节卡口，第一阀门，过滤腔，乳胶管，第二阀门，检测腔，转盘电极，石墨棒电极，光纤，入口狭缝，光栅，出口狭缝，光谱仪，计算机工作站，第三阀门和回收腔组成。结合了原子发射光谱技术和漏磁检测技术，弥补了原子发射光谱技术对大于10微米的磨粒无法检测的不足；具有多功能性，能模仿滚动轴承工作环境，实现对不同尺寸的滚动轴承检测；能排除无关杂质对测量的影响，并对检测完后的油液进行回收处理。实现快速多次精确测量，具有创新性和实用价值。

主权项：1.基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，由待测滚动轴承（1），霍尔元件（2），永磁铁（3），磁轭（4），聚磁器（5），喷油腔（6），旋转底座（7），收集池（8），压电喷油器（9），喷油口（10），注油口（11），伸缩支架（12），可调节卡口（13），第一阀门（14），过滤腔（15），乳胶管（16），第二阀门（17），检测腔（18），转盘电极（19），石墨棒电极（20），光纤（21），入口狭缝（22），光栅（23），出口狭缝（24），光谱仪（25），计算机工作站（26），第三阀门（27）和回收腔（28）组成；其特征在于：待测滚动轴承（1）通过伸缩支架（12）和可调节卡口（13）固定；旋转底座（7）带动待测滚动轴承（1）转动，模拟工作环境；润滑油液通过压电喷油器（9）从喷油口（10）向待测滚动轴承（1）上喷油；油液在收集池（8）中收集后，经第一阀门（14）进入乳胶管（16），进而经第二阀门（17）进入油液的检测腔（18）；转盘电极（19）和石墨棒电极（20）将进入检测腔（18）的油液中的各个原子激发辐射特征光谱；光穿过光纤（21）经入口狭缝（22）进入光栅（23）中，经过光栅（23）衍射成不同波长的单色光；单色光经出口狭缝（24）进入光谱仪（25），最后在计算机工作站（26）中分析得到油液中的元素种类；同时，采用了两对左右上下对称、且左右磁极方向相同的永磁铁（3）对待测滚动轴承进行磁化；采用聚磁器（5）将磁感应线引导到霍尔元件（2）的检测通路中去，霍尔元件（2）对滚动轴承（1）的漏磁场信号进行处理，将信号传入计算机工作站（26）；通过比较滚动轴承（1）有缺陷和无缺陷时周围空气中磁感应强度来分析缺陷信息，确定缺陷的位置及性质，弥补了原子发射光谱技术对大于10微米的磨粒无法检测的不足；能检测的待测滚动轴承（1）的内径范围为60mm-100mm，宽度为22mm-34mm；使用过后的油液通过第三阀门（27）进入回收腔（28）回收利用；霍尔元件（2）材料为矩形半导体薄片，当对霍尔元件（2）通电时有外加磁场通过其垂直方向，该元件会产生霍尔电势，该电势与电流、磁场强度成正比；在磁场中,其输出的霍尔电压为：，其中：为霍尔常数；为输入的控制电流；为磁场的磁感应程度；为磁感应强度的方向和霍尔元件工作面之间的夹角；将把霍尔元件垂直滚动轴承表面放置，可以消除对霍尔电压的影响，由公式可得，当采用一定的控制电流时，霍尔电压和磁感应强度成正比；对漏磁场进行检测时，根据霍尔电压的大小判断漏磁场的大小进而判定钢丝绳的缺陷情况。

全文数据：基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置技术领域本发明属于承压滚动轴承缺陷无损检测技术领域，具体涉及一种基于油液光谱分析和漏磁检测的承压轴承检测装置。背景技术滚动轴承是当代承压设备中一种重要零部件，主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。但在其使用过程中难免会被磨损甚断裂，严重影响着财产与安全。因此研制一种滚动轴承缺陷检测装置十分重要。在承压设备中，为了减少摩擦能量消耗和磨损材料消耗，通常会在滚动轴承中加入润滑油,这些润滑油会携带轴承在工作中磨损颗粒，腐蚀产物。因此通过对采集到的承压设备润滑油所携带磨粒和外界污染物颗粒等进行分析，可以定性和定量的描述设备的磨损状态。油液金属磨屑分析技术是目前机械装备磨损状态监控的重要手段之一。原子发射光谱技术是一种较为有效和广泛的油液检测技术，具有操作简便，不需要对油样进行预处理等特点。可以准确快速测定油样中各元素成分及含量，根据轴承含有的元种类素，判断出故障发生的部位和原因，从而确定设备的工况和磨损状态。但是，原子光谱分析技术对较大磨粒，特别是大于10微米的磨粒无法检测到。漏磁检测技术是利用磁化系统进行铁磁性承压设备磁化，保证待检测的设备达到检测所需饱和状态或近饱和状态，经过检测装置在各个轴向上的磁敏元件对缺陷区域的漏磁通信号进行采集转换，根据信号特征软件分析缺陷信息，确定位置及性质。这种检测技术，在设备的缺陷与损耗较大时，检测灵敏度非常高。发明内容针对现有技术的不足，本发明的目的在于以基于原子发射光谱技术的油液光谱分析技术结合漏磁检测为主要检测方法，设计了一套多功能的，基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置。实现在对承压轴承的大、小缺陷的快速无损检测，对保证设备长周期连续安全工作有着十分重要的意义。本发明通过以下技术方案实现：如图一所示，由待测滚动轴承1，霍尔元件2，永磁铁3，磁轭4，聚磁器5，喷油腔6，旋转底座7，收集池8，压电喷油器9，喷油口10，注油口11，伸缩支架12，可调节卡口13，第一阀门14，过滤腔15，乳胶管16，第二阀门17，检测腔18，转盘电极19，石墨棒电极20，光纤21，入口狭缝22，光栅23，出口狭缝24，光谱仪25，计算机工作站26，第三阀门27和回收腔28组成；其特征在于：待测滚动轴承1通过伸缩支架12和可调节卡口13固定；旋转底座7带动滚动轴承1转动，模拟工作环境；润滑油液通过压电喷油器9从喷油口10向滚动轴承上喷油；油液在收集池8中收集后，经第一阀门14进入乳胶管16，进而经第二阀门17进入油液的检测腔18；转盘电极19和石墨棒电极20将进入检测腔18的油液中的各个原子激发辐射特征光谱；光穿过光纤21经入口狭缝22进入光栅23中，经过光栅23衍射成不同波长的单色光；单色光经出口狭缝24进入光谱仪25，最后在计算机工作站26中分析得到油液中的元素种类；同时，采用永磁铁3对待测滚动轴承1进行磁化；采用聚磁器5将磁感应线其引导到霍尔元件2的检测通路中去，霍尔元件2对滚动轴承1的漏磁场信号进行处理，将信号传入算机工作站26；通过比较滚动轴承1有缺陷和无缺陷时周围空气中磁感应强度来分析缺陷信息，确定缺陷的位置及性质，弥补了原子发射光谱技术对大于10微米的磨粒无法检测的不足；使用过后的油液通过第三阀门27进入回收腔28回收利用。所述永磁铁3两对左右上下对称，且左右磁极方向相同；所述霍尔元件2成对布置，采用差动处理的方法，进行数据差分，得到空间漏磁场的一个平均量；所述伸缩支架12和可调节卡口13可以实现对滚动轴承尺寸内径范围在60mm-100mm之间，宽度在22mm-34mm之间的检测，并能对检测完后的油液进行回收处理。所述过滤腔15可将无关杂质过滤，将需要的油液导入后续装置，排除了无关杂质对测量的影响；所述回收腔26对检测完后的油液会进行回收处理，达到环保节能的目的；所述光谱仪19是由美国ASD公司生产的HandheldFieldspec可见近红外光谱仪，其波长范围在350-1075nm之间；光谱采样间隔为1.6nm；光谱分辨率为3.5nm@700nm。所诉检测装置的油液光谱分析原理如图3所示：不同元素原子由于内部能量能级差各异导致其受激发后辐射光具有不同频率，即特征频率。只要检测到与该特征频率一致的光子及其数量，就可以计算出该元素的是否存在以及该元素的含量。据此可测定油样中金属磨粒元素成分及含量浓度值、添加剂元素成分浓度、杂质污染元素成分及浓度，从而判断滚动轴承的工况和磨损状态。MOAⅡ原子发射光谱测量的原理基于下式:Conc＝AIR3+BIR2+CIR+D1其中：A，B，C和D为常数；IR为强度比例；Conc为元素含量。所述检测装置的漏磁检测原理如图4所示：聚磁检测技术是通过聚磁器5来实现的。聚磁技术原理如下：磁场B受聚磁器5作用后重新分布，使得磁力线大量集聚到霍尔元件前后两个端面。霍尔元件敏感面积上的磁感应强度成倍增加，其上输入输出关系为:VAx＝kckhI[Bx+B0]2其中：kh——表示霍尔元件灵敏度系数；kc——表示聚磁系数；I——表示霍尔元件工作恒流源；B0——表示磁化场极靴间泄漏磁感应强度；Bx——表示断丝漏磁场磁感应强度。所述霍尔元件2检测原理为：霍尔元件2材料为矩阵半导体薄片，基于霍尔效应原理工作的检测元件，当对霍尔元件2通电时有外加磁场通过其垂直方向，该元件会产生霍尔电势，该电势与电流、磁场强度成正比。在磁场中,其输出的霍尔电压为：其中：Kh为霍尔常数；Ic为输入的控制电流；B为磁场的磁感应程度；为磁感应强度的方向和霍尔元件工作面之间的夹角。将把霍尔元件垂直钢丝绳表面放置，可以消除对霍尔电压的影响由公式可得，当采用一定的控制电流时，霍尔电压和磁感应强度成正比。因此对漏磁场进行检测时，可以根据霍尔电压的大小判断漏磁场的大小进而判定钢丝绳的缺陷情况。本发明的有益效果是：本发明的设计中结合了基于原子发射光谱技术的油液光谱分析技术和漏磁检测技术设计了一套对滚动轴承的检测装置。装置具有多功能性，通过伸缩支架可实现对不同尺寸的滚动轴承检测；通过过滤腔排除了无关杂质对测量的影响；通过回收腔对检测完后的油液会进行回收处理；同时在检测原理上，采用的原子发射光谱技术分析迅速且测量准确，再结合漏磁检测技术，弥补了原子发射光谱技术对较大磨粒，特别是大于10微米的磨粒无法检测的不足；能实现快速多次测量，且测量精确度较高，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。附图说明图1是基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置的结构示意图。图2是装置进行滚动轴承缺陷检测的系统框图。图3是油液谱分析技术原理示意图。图4漏磁检测的原理示意图。具体实施方式如图1所示：基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，由待测滚动轴承1，霍尔元件2，永磁铁3，磁轭4，聚磁器5，喷油腔6，旋转底座7，收集池8，压电喷油器9，喷油口10，注油口11，伸缩支架12，可调节卡口13，第一阀门14，过滤腔15，乳胶管16，第二阀门17，检测腔18，转盘电极19，石墨棒电极20，光纤21，入口狭缝22，光栅23，出口狭缝24，光谱仪25，计算机工作站26，第三阀门27和回收腔28组成。基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，其工作流程如图2系统框图所示：首先，待测轴承1通过磁轭4上的伸缩支架12和可调节卡口13固定；伸缩支架12和可调节卡口13可根据滚动轴承的大小进行调整；工作时，旋转底座7带动滚动轴承转动，模拟滚动轴承的工作环境；在进行漏磁检测的同时，润滑油液通过压电喷油器9从喷油口10向滚动轴承上喷油；油液在收集池8中收集后，流过第一阀门14进入乳胶管16，进而流过第二阀门17，进入油液的检测腔18，进行油液光谱分析。油液光谱分析原理和过程如图3所示：装置采用转盘电极19将进入检测腔18的油液带至石墨棒电极20构成的缝隙之间；利用二电极之间的高压电弧使油样中的各个原子激发辐射特征光谱；特征光穿过光纤21后经入口狭缝22进入光栅23中，经过衍射成不同波长的单色光；单色光经出口狭缝24进入光谱仪25，光谱仪25检测其光谱信息；最后在计算机工作站26中得到油液中的元素种类，从而判断出故障发生的部位和原因。而使用过后的油液通过第三阀门27进入回收腔28回收。漏磁检测的原理和过程如图4所示：装置采用了两对左右上下对称，且左右磁极方向相同的永磁铁3对待测滚动轴承1进行磁化；采用聚磁器5收集、均化、导向空间分布的漏磁场，并将其引导到霍尔元件2的检测通路中去。当滚动轴承上出现磨损、腐蚀等缺陷时，其磁化产生的磁力线会发生畸变，将会打破此稳定状态，滚动轴承周围空气中磁感应强度值将发生改变。霍尔元件2成对布置，采用差动处理的方法，进行数据差分，得到空间漏磁场的一个平均量传入计算机；通过比较滚动轴承缺陷和无缺陷时周围空气中磁感应强度差值来确定滚动轴承损伤的位置及性质。

权利要求：1.基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，由待测滚动轴承（1），霍尔元件（2），永磁铁（3），磁轭（4），聚磁器（5），喷油腔（6），旋转底座（7），收集池（8），压电喷油器（9），喷油口（10），注油口（11），伸缩支架（12），可调节卡口（13），第一阀门（14），过滤腔（15），乳胶管（16），第二阀门（17），检测腔（18），转盘电极（19），石墨棒电极（20），光纤（21），入口狭缝（22），光栅（23），出口狭缝（24），光谱仪（25），计算机工作站（26），第三阀门（27）和回收腔（28）组成；其特征在于：待测滚动轴承（1）通过伸缩支架（12）和可调节卡口（13）固定；旋转底座（7）带动待测滚动轴承（1）转动，模拟工作环境；润滑油液通过压电喷油器（9）从喷油口（10）向待测滚动轴承（1）上喷油；油液在收集池（8）中收集后，经第一阀门（14）进入乳胶管（16），进而经第二阀门（17）进入油液的检测腔（18）；转盘电极（19）和石墨棒电极（20）将进入检测腔（18）的油液中的各个原子激发辐射特征光谱；光穿过光纤（21）经入口狭缝（22）进入光栅（23）中，经过光栅（23）衍射成不同波长的单色光；单色光经出口狭缝（24）进入光谱仪（25），最后在计算机工作站（26）中分析得到油液中的元素种类；同时，采用永磁铁（3）对待测滚动轴承（1）进行磁化；采用聚磁器（5）将磁感应线引导到霍尔元件（2）的检测通路中去，霍尔元件（2）对滚动轴承（1）的漏磁场信号进行处理，将信号传入计算机工作站（26）；通过比较滚动轴承（1）有缺陷和无缺陷时周围空气中磁感应强度来分析缺陷信息，确定缺陷的位置及性质，弥补了原子发射光谱技术对大于10微米的磨粒无法检测的不足；使用过后的油液通过第三阀门（27）进入回收腔（28）回收利用。2.根据权利要求1所述的基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置，其特征在于：能检测的待测滚动轴承（1）的内径范围为60mm-100mm，宽度为22mm-34mm。3.根据权利要求1所述的基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置,其特征在于:光谱仪采用HandheldFieldspec可见近红外光谱仪，其波长范围在350-1075nm之间；光谱采样间隔为1.6nm；光谱分辨率为3.5nm@700nm。4.根据权利要求1所述的基于油液光谱分析和漏磁检测的滚动轴承缺陷检测装置,其特征在于:采用了两对左右上下对称、且左右磁极方向相同的永磁铁对待测滚动轴承进行磁化；采用了聚磁器引导漏磁场到霍尔元件的检测通路中去，霍尔元件信号处理采用差动处理的方法。

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