微波檢測在汽車潤滑油磨粒監測中的應用研究

楊雪，劉巍

(重慶機電職業技術學院車輛工程系，重慶 400036)

引言

潤滑油在汽車的潤滑系統中循環流動，清洗摩擦副磨損產生的磨粒，所以油液中包含著大量的磨粒，因此有必要對潤滑油的磨粒進行分析[1]。研究表明，在正常磨損過程中，產生的磨粒的最大尺寸一般在 15μm 以下，所以通過磨粒大小以及磨粒的濃度對設備的磨損狀態進行判斷分析[2]。微波具有安全、環保等特點，所以本文運用CST Microwave Studio 軟件創建模型，并對油液中磨粒含量對微波的傳輸特性進行仿真分析。

1 微波檢測理論

微波是一種波長很短,頻率很高的電磁波,微波的頻帶從300MHz-300GHz,相應的波長從1m到1mm。微波依照材料內部狀態和介質特性不同而相應發生透射、散射和反射。對于非金屬材料,微波幾乎是全部穿透,不被吸收，而對于金屬材料,微波在其界面會發生反射現象。

在微波檢測中，主要參數為導磁率()，介電系數()和導電率()[2]。而磨粒數量及大小的變化可以影響油管模型的導磁率()和介電系數()，繼而影響反射率和穿透率系數。

基于此本文綜合采用微波穿透法和反射法研究在不同磨粒濃度中反射率與透射系數的變化，進而判斷設備的磨損狀態、故障原因及部位。

2 基于CST的微波檢測仿真模型

2.1 天線參數的仿真模型

由于仿真的天線諧振頻率為0.813GHz，所以設置仿真頻率為0.3GHz-1GHz。經過多次調整，最終得到的仿真的天線諧振頻率為0.813GHz。

2.2 油管的仿真模型

仿真模型為一個位于電磁波激勵端和接收端之間的包含磨粒的油液模型，按GB5577-85選擇型號為NBR1704，長度為72mm,外徑直徑D為24mm,內徑直徑d為16mm。如圖1所示。

圖1 油管的仿真模型

2.3 仿真結果

2.3.1 磨粒濃度的變化

當磨粒尺寸為5時，反射率與透射率與磨粒含量關系圖分別如圖2(a)、(b)所示：

從圖中可以看出，隨著磨粒數量的增加，反射率逐漸增加，透射率逐漸減少。單一因素時根據其相關性可以通過反射率和透射率系的變化推測油液中磨粒濃度的信息。

(a)反射率系數與磨粒含量關系圖

(b)透射率系數與磨粒含量關系圖

2.3.2 磨粒尺寸的變化

當磨粒數量為50時，反射率與透射率與磨粒大小關系圖分別如圖6(a)、(b)所示：

(a)反射率系數與磨粒大小關系圖

(b)透射率系數與磨粒大小關系圖

從圖中可以看出，隨著磨粒尺寸的增加，反射率逐漸增加，透射率逐漸減少。單一因素時根據其相關性可以通過反射率和透射率系數的變化推測油液中磨粒尺寸的信息。

從磨粒濃度和磨粒尺寸仿真圖可知，磨粒濃度與磨粒尺寸的變化對反射率與透射率的影響大體一致。實際上，油液中包含的磨粒不僅在濃度上會發生變化，在尺寸上也會發生變化。由于磨粒尺寸對機械設備的危害更大，實際測量中應以磨粒尺寸為標準判定磨粒對設備的最小影響程度。

3 總結

本文提出了一種基于微波穿透法和反射法檢測汽車潤滑油中磨粒新的檢測方法，通過仿真驗證了微波的反射率、透射率與磨粒濃度、尺寸大小存在對應關系，對其關系分析研究，可以實現初步評價設備的磨損狀況。本模型針對潤滑油管道圓形的特點設置的微波發生器，進一步提高了微波檢測油管油液中磨粒含量的精度。