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传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
2016年第35卷第10期
DOI:10.13873/J.10009787( 2016 )10011204
基于电容传感器的飞机滑油磨粒检测系统设计*
何永勃，徐斌
（中国民航大学航空自动化学院，天津300300）
摘要：飞机发动机的异常摩擦、磨损会在滑油中产生大量的磨粒，对滑油磨粒的有效检测可以为发动机的故障诊断提供可靠信息。设计了一个弧状极板式电容传感器，但传感器中电容变化量非常小，传统方法难以检测，采用交流电桥式电容检测方法。系统以AD9833为DDS信号发生器给交流电桥施加微励信号，经C/V转换、差分放大、相敏解调以及低通滤波等处理后得到实时电压变化。可实现弱信号的精确检测，且能有效克服杂散电容和寄生电容的影响。多次实验结果均表明：该检测系统具有灵敏度高，稳定性好等特点。
关键词：磨粒；电容传感器；AD9833；信号发生器
中图分类号：TP212
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)10-0112-04
Design of aircraft lubricating oil abrasive particles
detectionsystembasedoncapacitivesensor
HE Yong-bo, XU Bin
( School of Aeronautical Automation, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China )
Abstract: The abnormal friction and abrasion of aireraft engine will produce a large amount of abrasive particles in lubricating oil, effective detection of lubricating oil abrasive particles can provide reliable information for engine fault diagnosis. An arc plate capacitance sensor is designed,but the capacitance change of sensor is very small,it is difficult to detect with traditional method, alternating current bridge capacitance detection method is used here. The system takes the AD9833 as DDS signal generator to exert pumping signal on alternating current bridge,by C/ V conversion, differential amplifier,phase sensitive demodulation and low pass filtering obtain real time change of voltage. The design can realize accurate detection of weak signal, and it can overcome influence of stray capacitance and parasitic capacitance effectively. Multiple experimental results show that the system has characteristics of high sensitivity and good stability.
Key words: abrasive particles; capacitance sensor; AD9833 ; signal generator
0引言
飞机发动机结构复杂且工作环境恶劣，内部的异常壁擦、磨损是造成发动机各种故障的主要原因！。异常摩擦、磨损产生的磨粒与滑油混在一起，通过对飞机滑油磨粒的检测，能及时监测发动机的故障状态，为发动机的故障诊断提供有效参考信息。
传统的航空发动机滑油磨粒检测技术有铁谱分析、光谱监控、自动磨粒检测分析等[2]。针对这一领域的研究仍在不断发展，如空军工程大学研究人员利用某型航空发动机滑油的光谱分析数据，提出了油液磨粒与故障关系的 RVM预测方法[3]。国外，有学者提出基于经验模态分解
收稿日期：2016-01-06
(empirical mode decomposition，EMD）法对机械系统中滑油磨粒信号的提取与分析4)。滑油磨粒改变了飞机滑油的介电常数，因此本文设计了一个弧状极板式电容传感器，提出一种基于交流电桥电容测量电路的滑油磨粒检测方法。多次实验结果表明该检测方法是可行的，能够测量不同大小的磨粒状况，且灵敏度高、稳定性好。
系统总体设计方案 1
本系统以TI公司的MSP430型号MCU为核心控制器，以交流电桥作为电容检测电路。将电容传感器上的两个电容器分别接入交流电桥的一侧桥臂上，测试前，通过调节另一侧桥臂的可调阻抗使其处于平衡状态。由MSP430向信
+基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(61401466)；中央高校基本科研业务费中国民航大学专项项目（3122013C007)；民航科技专项项目20150220）