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| 編輯推薦： |
1.本书内容全面，集合了油液磨粒监测的关键知识和技术；
2.本书理论性高，给读者打好坚实理论基础；
3.本书是作者多年的研究成果，富含营养；
4.本书理论与实验相结合，在学理论的同时用于实际。
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| 內容簡介： |
本书主要通过讲解磨粒传感器的相关技术，对油液磨粒在线监测技术进行了详细的讲解。首先讲解了电磁式磨粒监测机理及磨粒监测传感器数学建模；其次对磨粒监测传感器输出的影响因素进行了解读；最后进行传感器的结构优化，并提出传感器灵敏度的提高方法，提高传感器监测的效果。同时，通过设计磨粒在线监测模拟实验台与综合传动油液磨粒在线监测实验台，验证磨粒监测理论分析模型及磨粒信号变化规律。
本书专业性强，适合高校摩擦磨损、传感器、油液在线监测等方向的老师和研究生阅读，也可供相关行业的实验研究人员和工程实践人员阅读。
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| 關於作者： |
王立勇，北京信息科技大学教授、博士生导师，在特种车辆传动装置测控系统设计、微小磨粒在线检测传感器研发和无人车辆控制技术领域开展深入研究，先后主持国家自然科学基金项目2项，省部级和军工科研项目30余项，在复杂机电系统状态监测与控制技术领域解决了多项关键技术和共性问题，先后发表学术论文100余篇，授权专利20余项，多项研究成果转化落地并取得显著经济效益，荣获行业科技进步一等奖1项，二等奖3项。
郑长松，北京理工大学副教授、博士生导师。长期从事装甲车辆传动技术、信息融合技术与故障诊断技术的教学与科研工作。主持国家自然科学基金、国防基础产品创新计划、装备预先研究课题、重大型号装备、液力行星变速箱开发等项目30余项。发表学术论文80余篇，其中被SCI/EI收录20余篇、授权发明专利12项。获国防科技进步一等奖1项、中国仪器仪表学会科技进步一等奖1项、中国兵器工业集团科技进步奖3项。
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| 目錄：
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第1章 概述 001
1.1 油液磨粒监测技术 002
1.1.1 基于光学的磨粒监测法 003
1.1.2 基于电学的磨粒监测法 005
1.1.3 基于声学的磨粒监测法 006
1.1.4 基于磁学的磨粒监测法 007
1.2 电磁式磨粒在线监测技术 011
1.2.1 电磁式磨粒在线监测技术研究现状 012
1.2.2 电磁式磨粒在线监测技术存在的问题 016
1.2.3 电磁式磨粒在线监测技术的发展趋势 016
1.3 本章小结 017
第2章 电磁式磨粒监测传感器数学建模 019
2.1 磨粒与设备磨损的关系 020
2.1.1 磨损失效的磨粒特征 020
2.1.2 磨损失效的磨粒种类 022
2.2 磨粒检测磁特性建模 023
2.2.1 单磨粒磁特性建模分析 023
2.2.2 多磨粒磁特性建模分析 030
2.3 静磁场中球体金属磨粒磁特性研究 034
2.3.1 静磁场中铁磁性球体磨粒磁感应强度分布研究 034
2.3.2 静磁场中铁磁性球体磨粒引起的磁能变化 038
2.4 交变磁场中球体磨粒磁特性研究 041
2.4.1 交变磁场中铁磁性球体磨粒磁感应强度分布研究 041
2.4.2 交变磁场中非铁磁性球体磨粒磁感应强度分布研究 049
2.4.3 交变磁场中球体磨粒引起的磁能变化 050
2.5 本章小结 052
第3章 磨粒监测传感器输出信号影响因素分析 055
3.1 磨粒在线监测传感器磁场和感应电动势计算 056
3.1.1 磨粒在线监测传感器磁场计算 056
3.1.2 磨粒在线监测传感器感应电动势计算 063
3.2 励磁线圈宽度对传感器输出的影响 065
3.2.1 励磁线圈宽度对传感器内部磁场的影响 065
3.2.2 励磁线圈宽度对感应电动势的影响 066
3.3 励磁线圈匝数对传感器输出的影响 067
3.3.1 励磁线圈匝数对传感器内部磁场的影响 067
3.3.2 励磁线圈匝数对感应电动势的影响 068
3.4 励磁线圈间距对传感器输出的影响 068
3.4.1 励磁线圈间距对传感器内部磁场的影响 068
3.4.2 励磁线圈间距对感应电动势的影响 069
3.5 其他参数对传感器输出的影响 072
3.5.1 励磁频率对感应电动势的影响 072
3.5.2 磨粒直径对感应电动势的影响 075
3.5.3 传感器内径对感应电动势的影响 076
3.6 本章小结 076
第4章 传感器结构参数优化与设计 079
4.1 传感器结构参数优化的性能评价指标 080
4.2 线圈结构参数与磁场均匀性分析 084
4.2.1 线圈结构参数对磁场均匀性的影响 084
4.2.2 正交试验分析线圈参数对磁场均匀性的影响 087
4.3 传感器线圈结构参数优化建模 089
4.3.1 粒子群优化算法概述 089
4.3.2 粒子群优化算法流程 091
4.3.3 粒子群算法结构参数优化的目标函数 092
4.3.4 粒子群算法优化结果分析 093
4.4 传感器其他参数的设计与计算 094
4.4.1 传感器轴向尺寸和外径的确定 094
4.4.2 传感器电路参数的确定 095
4.5 本章小结 097
第5章 高灵敏度感应信号检测方法 099
5.1 添加高磁导率铁芯方法提高检测灵敏度 100
5.1.1 应用高磁导率铁芯的电磁式传感器结构 100
5.1.2 铁芯结构对传感器性能的影响 101
5.1.3 线圈四侧铁芯结构及其对性能的影响 106
5.1.4 铁芯参数对传感器性能影响的仿真分析 108
5.2 谐振电路方法提高检测灵敏度 114
5.2.1 LC谐振电路原理 114
5.2.2 LC谐振电路对传感器灵敏度影响的分析 116
5.3 微弱磨粒信号的快速提取 120
5.4 磨粒微弱感应信号滤波 124
5.4.1 小波阈值滤波算法 124
5.4.2 小波滤波关键参数的确定 125
5.4.3 信号滤波效果的评价指标 128
5.4.4 不同滤波技术的仿真分析 129
5.5 本章小结 130
第6章 高灵敏度磨粒在线监测系统设计 133
6.1 电感式油液磨粒在线监测仪器设计 134
6.1.1 传感器监测仪器系统的总体设计 134
6.1.2 传输协议的设计 135
6.1.3 监测传感器 135
6.2 数字锁相放大器 138
6.2.1 锁相放大器原理概述 138
6.2.2 锁相放大器的工作原理 139
6.2.3 数字锁相放大器设计 143
6.3 交流稳流励磁电路 145
6.3.1 基于FPGA的正弦波形发生器 145
6.3.2 模拟低通滤波器 146
6.3.3 波形放大电路 147
6.3.4 驱动电路 148
6.3.5 电路测试 149
6.4 磨粒监测软件设计 151
6.5 本章小结 153
第7章 油液磨粒在线监测实验 155
7.1 实验磨粒的选取 156
7.2 磨粒监测模拟实验 160
7.2.1 单磨粒实验 160
7.2.2 双磨粒实验 168
7.2.3 添加高磁导率铁芯的传感器监测实验 171
7.2.4 传感器线圈参数优化实验 175
7.3 磨粒监测油液实验 180
7.3.1 磨粒监测油液实验概述 180
7.3.2 传感器结构参数优化油液实验 182
7.3.3 磨粒监测汇流排传动系统油液实验 185
7.4 本章小结 188
参考文献 189
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| 內容試閱：
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在各类重要装备运行过程中，其内部元件的磨损是不可避免的。磨损现象的产生不仅会降低装备的工作效率及其使用寿命，还会引起装备元件或装备产生严重故障，甚至导致灾难性的后果并造成巨大的经济损失。相关研究表明，由磨损引起的故障是影响装备系统正常运行的重要因素之一。据统计，全球工业系统中70%～80%的器件失效由各种形式的摩擦磨损现象引起，50%以上的通用装备恶性事故源于其内部零部件的过度磨损。统计数据表明，因摩擦磨损导致的总能量损耗可达全世界一次能源（即天然能源）的1/3。因此为了预警重要装备的磨损故障，降低装备因元件磨损导致的故障率，提高重要装备的运行可靠性和安全性，对此类重要装备实施磨损状态实时监测与预警具有重要意义。
油液磨粒监测技术是分析装备磨损的有效方法，磨粒状态在线监测技术通过分析被监测装备在用润滑剂（或工作介质）的性能变化和携带的磨损微粒的情况，获得装备的润滑和磨损状态的信息。相比振动监测，磨损状态监测能够适用于恶劣环境（如噪声大、振动源多、外界干扰明显）中，且灵敏度、准确性和可靠性更高，已逐步发展成为一项关系到国家国防安全及科技发展水平的关键性战略共性技术。磨粒在线监测能够克服离线式监测方式的滞后性，具有监测过程的连续性、实时性和代表性等优点，且磨粒在线监测结果的准确性不会严重依赖于操作人员的经验和水平；同时，在线监测方法的监测周期不会造成装备磨损程度的预警结果严重滞后于装备的实时运行状态。
在线式磨损监测技术所依据的检测原理主要包括光学原理、电学原理、超声波原理等。基于光学原理的磨损检测传感器的典型特征是其结构复杂、检测灵敏度较高，且可直观地检测磨损颗粒的粒度及二维形状参数；其主要缺点在于随着机械系统运行时间增长，系统内润滑油液逐渐混浊，此时传感器检测灵敏度及准确度将明显降低。基于电学原理的磨损检测传感器检测结果极易受到润滑油液种类及其电学参数的影响，因此随着机械系统运行时间的增长及油液理化参数的变化，传感器检测结果的准确度及一致性也逐渐变差。基于超声波原理的磨损检测传感器抗背景噪声能力较弱，且温度稳定性差，因此限制了其在复杂工况下的使用。与基于光学、电学和超声波原理的磨损检测技术相比，电磁式磨粒在线监测技术具有结构形式简单可靠、温度稳定性好、抗背景噪声能力强、检测结果准确性对油液特性变化不敏感等特点。电磁式油液磨粒在线监测技术是监测装备磨损，实现磨损故障预警的有效方法之一，已成为当前装备在线监测技术的重要发展热点和趋势之一。
研究如何提高磨粒监测传感器的检测灵敏度，是提高油液监测信息准确度和故障预警有效性的关键。本书以电磁式磨损颗粒监测传感器为研究背景，首先分析电磁式磨粒监测机理；其次对磨粒监测传感器输出的影响因素进行分析；然后进行传感器的结构优化，并提出传感器灵敏度的提高方法，提高传感器的监测效果。通过设计磨粒在线监测模拟实验台与综合传动油液磨粒在线监测实验台，验证磨粒监测理论分析模型及磨粒信号变化规律。本书共分7章，以电磁式磨损颗粒监测传感器为研究背景，研究电磁式油液磨损颗粒在线监测技术。第1章主要概述油液磨粒在线监测技术，对磨粒在线监测常用方法进行分类，综述电感式磨粒在线监测技术的研究现状，并分析磨粒在线监测传感技术存在的问题，探讨电感式磨粒在线监测技术的发展趋势。第2章着重分析磨粒与设备磨损的关系，探究电感式三线圈对磨粒的检测原理，建立磨粒检测磁特性模型和磨粒在线监测传感器的数学模型，分析球体磨粒在静磁场和交变磁场中的磁特性，为传感器输出影响因素分析、传感器结构分析以及传感器的制作奠定理论基础。第3章着重分析磨粒监测传感器主要因素对输出信号的影响，通过推导磨粒在线监测传感器的磁场和感应电动势计算公式，深入分析磨粒监测信号特征和主要线圈结构参数对传感器内部磁场和感应电动势的影响，揭示典型磨粒监测传感器典型因素对磨粒监测输出的影响规律，为传感器结构参数优化分析奠定理论基础。第4章主要从分析传感器结构优化的性能评价指标入手，对传感器结构参数优化进行建模，采用粒子群算法实现对电感式油液磨粒在线监测传感器的线圈结构参数优化，以提高传感器的监测性能。第5章为提高传感器检测灵敏度，探讨添加高磁导率铁芯和谐振电路两种提高磨粒检测灵敏度的方法；由于感应电动势较为微弱，为了满足精确判断磨损颗粒性质与粒度的要求，对微弱磨粒信号进行快速提取，并对磨粒检测的感应信号进行小波滤波，以实现高灵敏度感应信号的检测目的。第6章主要从磨粒监测传感器、数字锁相放大器、交流稳流励磁电路和线监测软件等几方面，对电感式油液磨粒在线监测系统进行设计，为进行油液磨粒在线监测实验提供监测系统。第7章设计油液磨粒在线监测实验，开展磨粒监测模拟实验和磨粒监测油液实验，研究传感器检测单个或少数磨粒的输出信号的特点及添加高磁导率铁芯和传感器结构参数优化的检测效果；在油管中接入磨粒在线监测系统，验证结构参数优化和汇流排传动系统的摩擦磨损状态，推进油液磨粒在线监测技术在工业实际的应用。
本书研究内容受到国家自然科学基金青年项目“往复机械故障诊断的多元信息融合裕度函数和参数化模型研究”（51105041，2012.01—2014.12）、北京市重点项目“微小磨粒在线检测信号测量与识别方法研究”（KZ201611232032，2016.01—2018.12）、科学技术研究重点项目“往复机械多技术信息融合故障诊断知识获取方法研究”（212002，2012.01—2014.12）、国家自然科学基金项目“机械异常磨损微粒在线监测机理与微弱混叠信号辨识方法研究”（51475044，2015.01—2018.12）、总装“十二五”预先研究项目“动力传动装置润滑油液金属颗粒在线监测技术”（40402010105，2014.01—2017.12）等项目支持。在本书完成之际，笔者衷心感谢各位同仁的支持与帮助。本书包含了笔者指导的研究生彭峰、陈浩、钟浩、范辰、贾然、李萌、陈讬完成的研究工作，在此深表感谢！
限于笔者水平，书中难免有疏漏之处，敬请读者指正。
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