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)用價值?

　　一、磨粒傳感器

　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　在國外，油液在線監(jiān)測技術(shù)已廣泛應(yīng)用到風(fēng)機齒輪箱、軍事裝備等重大裝備上，且已經(jīng)開發(fā)出不同類型的磨粒檢測傳感器。

　　智火柴：舉例來說，美國一家技術(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線圈于一體，其工作原理為磁鐵構(gòu)建磁場環(huán)境，每當(dāng)捕獲到一個鐵磁性微粒，感應(yīng)線圈即準(zhǔn)確輸出一個信號，超過90%的鐵磁性微粒均難逃其“法眼”。

　　盡管國內(nèi)已有學(xué)者及研究機構(gòu)涉足磨粒傳感器領(lǐng)域，探索利用電荷效應(yīng)原理開發(fā)磨粒傳感器，但受限于制造工藝的精細(xì)要求及信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)的門檻，信號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驗室的初步階段，缺乏全方面系統(tǒng)的實驗評估以驗證其精度。

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

　　智火柴：反觀國內(nèi)，鐵磁傳感器的研究仍深陷于檢測機制探索與技術(shù)積累的初級階段，尚未孵化出具備廣泛市場應(yīng)用潛力的成熟產(chǎn)品。基于此背景，智火柴團隊另辟蹊徑，運用前沿的微磁感應(yīng)技術(shù)，研發(fā)出了IFM-4吸附式磨粒傳感器，以期填補市場空白，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)，對油品中鐵磁磨損顆粒的細(xì)微變化展現(xiàn)出強勁的靈敏度，同時搭建全新電路設(shè)計與模型算法，使傳感器通過檢測頭部永磁體上累積的鐵磁顆粒，實現(xiàn)油品內(nèi)大磨粒、小磨粒、磨損指數(shù)、油溫信息的實時在線追蹤，為油液狀況及設(shè)備磨損狀態(tài)提供健康評估。

　　圖示傳感器結(jié)構(gòu)(見左圖)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)過了一個特定的時間間隔后，傳感器自動觸發(fā)清潔機制。通過向抵消線圈施加準(zhǔn)確的電壓，生成一個與永磁體磁場方向相反的磁場，這一反向磁場有 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“自動清洗功能”。

　　該功能得益于傳感器在設(shè)計階段融入了永磁體磁場補償機制，能夠促使顆粒從傳感器頭部脫離，實現(xiàn)自動清潔功能，有 效延長了維護(hù)周期。通過監(jiān)測兩次自動清洗操作之間的時間間隔，可以評估設(shè)備磨損趨勢，為預(yù)防維護(hù)策略的制定提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

　　▲ 傳感器檢測原理圖

　　當(dāng)鐵磁顆粒通過 PCB線圈時會被吸附到 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LDC芯片控制，電路會將電感量的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化，zui終可通過頻率信號的監(jiān)測與分析，反映出油液中鐵磁顆粒的含量變化以達(dá)到檢測的目的。

　　無論是微米級范圍內(nèi)的細(xì)微顆粒，還是毫米級范圍內(nèi)的鐵磁碎片(碎塊)，皆難逃傳感器敏銳“法眼”。基于0~100%的輸出信號范圍，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

　　如果你要問傳感器還有何創(chuàng)新性突破?那便是在設(shè)計時充分考慮了在線監(jiān)測過程中油液的粘滯性，傳感器可以更準(zhǔn)確地捕捉和識別油液中的金屬磨粒，減少因油液流動特性導(dǎo)致的監(jiān)測誤差。

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

　　在傳感器設(shè)計之初，團隊考慮到油液粘滯性對磨粒運動軌跡、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IFM-4傳感器的監(jiān)測算法與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方面優(yōu)化，從而實現(xiàn)對油液中金屬磨粒的高精度捕捉和識別。不僅提升了傳感器在靜態(tài)和動態(tài)條件下監(jiān)測準(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條件下的實時變化數(shù)據(jù)，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加可靠、真實。

　　▲ 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)測性維護(hù)能力。在面對煤礦開采、港口起重、隧 道挖掘等大型機械設(shè)備非常惡劣工況，油液不可避免地會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，而吸附式傳感器也能夠游刃有余地應(yīng)對這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

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

　　此外，針對煤礦行業(yè)對安全生產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，智火柴研發(fā)團隊結(jié)合了IFM-4吸附式磨粒傳感器的技術(shù)原理，開發(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，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、空壓機油、燃?xì)鈾C油、水乙二醇抗燃液壓油以及液壓支架乳化油等。

　　通過監(jiān)測油液中的金屬磨屑含量，連續(xù)記錄與評估設(shè)備的磨損狀態(tài)，對于早期設(shè)備故障、磨損預(yù)警起到可靠的預(yù)防性運維作用。

　　智火柴IFM-4吸附式磨粒傳感器，憑借先進(jìn)的磁吸效應(yīng)、自動清潔技術(shù)與智能監(jiān)測算法，突破了復(fù)雜工況下的油液監(jiān)測瓶頸，顯著降低誤報率，提升了磨粒檢測的精度與效率。而GYM12系列礦用本安型傳感器的問世，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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