專利名稱：一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備正日益大型、連續(xù)、高速和自動化，其輔助的液壓潤滑系統(tǒng)要求在線、連續(xù)檢測并監(jiān)控液壓潤滑油的多項品質(zhì)指標(biāo)，如含水率、污染度等。對于ー些需要用水冷卻的工作機械(如鋼廠的軋鋼機)，當(dāng)潤滑系統(tǒng)的密封部位磨損，冷卻水經(jīng)常滲入到液壓系統(tǒng)中，一旦油品中水分含量超標(biāo)時，會使軸承內(nèi)油膜強度降低，磨損加劇，從而導(dǎo)致零件損壞、設(shè)備故障。目前，我國的在線油品含水率檢測儀器大都是基于變介質(zhì)式電容傳感器設(shè)計的，其工作原理是常溫常壓下，水的相對介電常數(shù)約為80，而油約為2. 2左右，兩者相差較大，油水混合介質(zhì)的相對介電常數(shù)與含水率有關(guān)，當(dāng)油品中水的體積百分?jǐn)?shù)變化吋，混合物的介電常數(shù)將會發(fā)生變化，因此利用變介電常數(shù)電容傳感器測得電容值即可換算出油品的含水率。中國專利授權(quán)公告號CN 2629036Y，
公開日是2004年07月28日，名稱為“油品含水率檢測電容傳感器”的方案中公開了ー種油品含水率檢測電容傳感器。該油品含水率檢測電容傳感器僅考慮了油水兩種介質(zhì)混合的情況，若在實驗室里或者在某種穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，油品中含氣體很小，可以忽略不計，該方法可以實現(xiàn)油品含水率的在線測量。但是，如在鋼鐵公司高速線材軋機潤滑站的應(yīng)用中，當(dāng)軋機以一定轉(zhuǎn)速運行時，齒輪旋轉(zhuǎn)使空氣與液壓潤滑油相互作用，從而產(chǎn)生氣泡摻雜在潤滑油中并在管道中流動，此時油品中包含了油、氣兩種混合物，一旦液壓系統(tǒng)密封環(huán)節(jié)出現(xiàn)磨損而引起滲水，則油品中就存在油、氣以及水三種混合物，基于變介質(zhì)式電容傳感器的在線油品含水率檢測儀僅以油、水兩種混合物進行測量，氣泡的影響會導(dǎo)致油品含水率檢測儀產(chǎn)生較大的誤差，甚至失去了在線檢測的作用。中國專利申請公布號CN 102305847A，公布日2012年01月04日，名稱為“在線式油中含水測量裝置”的方案中公開了ー種在線式油中含水測量裝置。它包括油氣分離器、傳感器等。這種在線式油中含水測量裝置采用油和氣分離的方式來檢測油品中的含水率，但是油氣分離器也僅能把油品中直徑較大的氣泡分離出去，而直徑小的氣泡則不能夠分離出去。由于受溫度，壓強的影響，在油品管道中的不同位置，氣泡的直徑大小是不同的，而又不可能在整個油品管道上都安裝油氣分離器，因此，該在線式油中含水測量裝置并不能夠把油品中所包含的氣體完全分離干凈，在進行油品含水率測量時，仍然是包含有油、水和氣泡三種混合物。本發(fā)明為了解決液壓潤滑系統(tǒng)油品含水率在線檢測中未考慮油品包含氣泡量導(dǎo)致測量結(jié)果與實際值存在較大誤差的問題，提供一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，采用本發(fā)明可以消除液壓潤滑系統(tǒng)由于旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)時導(dǎo)致油品包含氣泡對測量結(jié)果的影響，提高油品含水率在線檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，滿足在線檢測的要求。為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
—種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速測量単元、串行通訊、電容傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)融合處理單元以及顯示単元，其特征在于轉(zhuǎn)速測量單元測取旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速信號通過串行通訊發(fā)送到數(shù)據(jù)融合處理單元，電容傳感器測出以油品混合物作為介質(zhì)所對應(yīng)的電容值，溫度傳感器測出油品混合物的當(dāng)前溫度，數(shù)據(jù)融合處理單元建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)速信號、油品混合物電容值以及溫度進行多傳感數(shù)據(jù)融合，通過數(shù)據(jù)融合，消除氣泡對測量結(jié)果的影響，輸出準(zhǔn)確的被測油品含水率值。
根據(jù)氣液兩相流理論，氣泡的成長速度與入口氣體流速有一定的因果關(guān)系，在液壓密封的潤滑系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)機械或者旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)動使該處氣體流速發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)速度越快，該處的氣體流速也越快，摻雜到管道中的潤滑油品包含的氣泡就越多，而管道內(nèi)潤滑油品不斷的流動引起氣、液兩相分子的相互碰撞，一部分氣泡又返回到空氣中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速一定時，摻雜到回油管道液壓潤滑油品中的氣泡與返回到空氣中的氣泡保持一個動態(tài)的平衡，從而使管道中潤滑油品包含的氣泡量保持在某個穩(wěn)定值。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機械或者旋轉(zhuǎn)齒輪停止以后，氣體流速很小，管道中潤滑油品中新產(chǎn)生的氣泡量很小，而之前旋轉(zhuǎn)機械運行時已經(jīng)混入到潤滑油品中的氣泡則隨著混合物的流動而重新返回到空氣中，管道中潤滑油品所包含的氣泡量也逐漸減小。因此，本方案利用旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速大小來反映回油管道液壓潤滑油品百分體積數(shù)所包含的氣泡量。在上述的檢測系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速信號反映油品百分體積數(shù)包含的氣泡量，電容信號反映混合油品的介電常數(shù)，溫度信號反映油品溫度，系統(tǒng)進一歩建立電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)獲取步驟如下①從油品含水率在線檢測系統(tǒng)的量程范圍內(nèi)確定m個含水率，測出對于的電容值；②在旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)確定r個轉(zhuǎn)速點；③然后在油品混合物工作溫度范圍內(nèi)確定q個溫度點；④在m個含水率對應(yīng)的電容值、r個不同轉(zhuǎn)速以及q個不同溫度下對系統(tǒng)進行標(biāo)定，得到三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合處理單元建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多層感知機前向逆?zhèn)鞑ゾW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)速信號、油品混合物電容值以及溫度進行多傳感BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)融合，通過數(shù)據(jù)融合，消除氣泡對測量結(jié)果的影響，輸出準(zhǔn)確的被測油品含水率值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明消除了液壓系統(tǒng)由于旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)時油品中含有氣泡而引起的檢測誤差，提高了油品含水率在線檢測的準(zhǔn)確度；通過轉(zhuǎn)速測量單元獲取旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速信號來衡量管道中油品百分體積數(shù)所包含的氣泡含量，方法簡單。


圖I是本發(fā)明油品含水率在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是潤滑油品氣泡產(chǎn)生原理圖。圖3是數(shù)據(jù)融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP訓(xùn)練流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，本發(fā)明ー種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速測量單元2、溫度傳感器4、電容傳感器5、串ロ通訊6、數(shù)據(jù)融合處理單元7以及顯示單元8。轉(zhuǎn)速測量単元2測量旋轉(zhuǎn)機械I的旋轉(zhuǎn)速度，再將轉(zhuǎn)速信號通過串行通訊6傳送到數(shù)據(jù)融合處理單元7中，溫度傳感器4和電容傳感器5測量管道潤滑油品3的溫度和對應(yīng)介電常數(shù)的電容值，并將這些信號送到數(shù)據(jù)融合處理單元7中。數(shù)據(jù)融合處理模塊 7將轉(zhuǎn)速大小、電容傳感器輸出以及混合物溫度等進行基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感數(shù)據(jù)融合，通過數(shù)據(jù)融合，消除氣泡對測量結(jié)果的影響，輸出準(zhǔn)確的被測油品含水率值給顯示単元8。根據(jù)氣液兩相流理論，氣泡的成長速度與入口氣體流速有一定的因果關(guān)系，在液壓密封的潤滑系統(tǒng)中，如圖2所示，潤滑油品10在液壓循環(huán)管道9中流動，到達旋轉(zhuǎn)機械時潤滑齒輪，旋轉(zhuǎn)機械的齒輪11轉(zhuǎn)動使該處氣體流速發(fā)生變化，氣體以氣泡12的形式摻雜到潤滑油中，旋轉(zhuǎn)機械的齒輪11旋轉(zhuǎn)速度越快，該處的氣體流速也越快，摻雜到管道中的潤滑油品10的氣泡越多；同時，潤滑油品10在管道中流動，使氣、液分子相互碰撞，一部分氣泡又返回到空氣中，當(dāng)齒輪11轉(zhuǎn)速一定時，摻雜到潤滑油品10中的氣泡與返回到空氣中的氣泡保持一個動態(tài)的平衡，從而使?jié)櫥推?0包含的氣泡量保持在某個穩(wěn)定值；當(dāng)齒輪11停止以后，氣體流速很小，潤滑油品10新產(chǎn)生的氣泡量很小，而之前由于齒輪11旋轉(zhuǎn)已經(jīng)混入到潤滑油品10中的氣泡則隨著混合物的流動而重新返回到空氣中，潤滑油品10所包含的氣泡量也逐漸減小。本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速來反映管道中潤滑油品10百分體積數(shù)包含的氣泡量。在上述的檢測系統(tǒng)進行檢測，數(shù)據(jù)融合處理單元7建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對轉(zhuǎn)速信號、油品混合物電容值以及溫度進行多傳感數(shù)據(jù)融合，通過數(shù)據(jù)融合，消除氣泡對測量結(jié)果的影響，輸出準(zhǔn)確的被測油品含水率值。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多層感知機前向逆?zhèn)鞑ゾW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中i、j、k分別是輸入層、隱層和輸出層神經(jīng)元序號。同一層內(nèi)各神經(jīng)元互不相連，相鄰層之間的神經(jīng)元通過連接權(quán)值Wji與Wkj相聯(lián)系。Wji為輸入層與隱層間的連接權(quán)值;Ww為隱層與輸出層之間的連接權(quán)值。這里輸入層結(jié)點數(shù)為3，輸出層結(jié)點數(shù)為1，故i=I，2，3，k = I ;隱層結(jié)點數(shù) j = 1,2... , I0神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)獲取步驟如下①從油品含水率在線檢測系統(tǒng)的量程范圍內(nèi)確定m個含水率，測出對于的電容值；②在旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)確定r個轉(zhuǎn)速點；③然后在油品混合物工作溫度范圍內(nèi)確定q個溫度點；④在m個含水率對應(yīng)的電容值、r個不同轉(zhuǎn)速以及q個不同溫度下對系統(tǒng)進行標(biāo)定，得到三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)。當(dāng)潤滑油油品水分發(fā)生變化、或者溫度發(fā)生變化、或者軋機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)融合處理單元進入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，其訓(xùn)練流程如圖4所示，系統(tǒng)設(shè)定給定的允許偏差，訓(xùn)練過程使輸出誤差小于給定允許偏差，輸出逼近被測目標(biāo)，消除氣泡以及溫度對測量結(jié)果的影響，訓(xùn)練結(jié)束后輸出被測輸出含水率值。一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)原理簡述如下如圖I所示，轉(zhuǎn)速測量単元2測量旋轉(zhuǎn)機械I的旋轉(zhuǎn)速度，再將轉(zhuǎn)速信號通過串行通訊6傳送到數(shù)據(jù)融合處理單元7中，溫度傳感器4和電容傳感器5測量回油管道潤滑油品3的溫度和對應(yīng)介電常數(shù)的 電容值，并將這些信號送到數(shù)據(jù)融合處理單元7中。當(dāng)潤滑油油品水分發(fā)生變化、或者溫度發(fā)生變化、或者軋機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)融合處理單元7根據(jù)電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)速信號、油品混合物電容值以及溫度進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP訓(xùn)練，訓(xùn)練方法為I)設(shè)定連接權(quán)值Wkj與閾值Θ ^及Θ k的初始值；設(shè)定隱結(jié)點數(shù)I、步長η和勢態(tài)因子μ。2)導(dǎo)入實驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練樣本。3)計算隱層單元輸出值。其計算式為=(1)式中f (S》為隱層第j個神經(jīng)元的輸出值；Wm為輸入層第i個神經(jīng)元至隱層第j個神經(jīng)元的連接權(quán)值；Θ j為閾值。4)計算輸出単元(含水率)輸出值。其計算式為,Wh-Gk(2)式中f (Sk)為隱層第k個神經(jīng)元的輸出值；Wki為隱層第j個神經(jīng)元至輸出層第k個神經(jīng)元的連接權(quán)值；Θ k為閾值。5)計算輸出層和隱層訓(xùn)練誤差δ k、δ JOδ k = f (Sk) [1-f (Sk) ] [dk-f (Sk) ] (3)Sj = f {S t)[\-f {S^SkWkj-θ^(4)式中dk = λ p，λ p是輸出標(biāo)定值。6)修正權(quán)值。Wji (t+1) = Wji (t)+n δ jf (Sj) + μ [Wji (t)-Wji (t-1) ] (5)Wki (t+1) = Wki (t)+n δ kf (Sk) + μ [Wki (t)-Wki (t-1) ] (6)式中η和μ分別為步長和勢態(tài)因子。7)判斷均方誤差e是否滿足給定允許偏差ε。
I I— 2β = - {Χ-λρ) <ε(7)
I Ρ=\上述的數(shù)據(jù)融合，當(dāng)均方誤差e滿足給定允許偏差ε時，即消除了氣泡以及溫度對測量結(jié)果的影響，從4)計算的輸出值輸出被測油品含水率值，否則轉(zhuǎn)向5)、6)、7)，直到滿足要求為止。
權(quán)利要求
1.一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速測量単元(2)、溫度傳感器(4)、電容傳感器(5)、串ロ通訊(6)、數(shù)據(jù)融合處理單元(7)以及顯示単元⑶，其特征在于轉(zhuǎn)速測量單元(2)測取旋轉(zhuǎn)機械(I)的轉(zhuǎn)速，電容傳感器(5)測出以油品混合物作為介質(zhì)所對應(yīng)的電容值，溫度傳感器(4)測出油品混合物的當(dāng)前溫度，數(shù)據(jù)融合處理單元(7)建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)速信號、油品混合物電容值以及溫度進行多傳感數(shù)據(jù)融合，通過數(shù)據(jù)融合，消除氣泡對測量結(jié)果的影響，輸出準(zhǔn)確的被測油品含水率值。
2.ー種根據(jù)權(quán)利I所述的基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，其特征在于在液壓潤滑系統(tǒng)中，用轉(zhuǎn)速大小來反應(yīng)液壓管道中被測油品百分體積數(shù)所包含的氣泡量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于液壓潤滑站運行的油品含水率在線檢測系統(tǒng)，本檢測系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速測量單元、串行通訊、電容傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)融合處理單元及顯示單元。通過轉(zhuǎn)速測量單元測取旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)速大小反映油品含有的氣泡量，再通過電容傳感器測出以油品混合物作為介質(zhì)所對應(yīng)的電容值，溫度傳感器測出油品溫度，然后數(shù)據(jù)融合單元建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)電容值/轉(zhuǎn)速/溫度三維實驗標(biāo)定數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)速、電容以及溫度進行多傳感數(shù)據(jù)融合，融合結(jié)束后輸出被測油品含水率值。本發(fā)明可以消除液壓潤滑系統(tǒng)由于旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)時導(dǎo)致油品包含氣泡對測量結(jié)果的影響，提高油品含水率在線檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，滿足在線檢測的要求。
文檔編號G01N27/22GK102645456SQ20121012378
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者蔡慧, 謝楠, 錢曉耀, 陳衛(wèi)民 申請人:中國計量學(xué)院