从0到1：基于磁吸效应的吸附式磨粒传感器的技术突破与应用蓝海

　　网友：能否谈谈贵司今年基于磁吸效应推出的吸附式磨粒传感器的研发背景、技术突破及其应用价值?

　　一、磨粒传感器

　　国内外研究现状

　　在国外，油液在线监测技术已广泛应用到风机齿轮箱、军事装备等重大装备上，且已经开发出不同类型的磨粒检测传感器。

　　智火柴：举例来说，美国一家技术公司生产的定量铁磁颗粒传感器，集磁铁、感应线圈及自检功能的次级线圈于一体，其工作原理为磁铁构建磁场环境，每当捕获到一个铁磁性微粒，感应线圈即准确输出一个信号，超过90%的铁磁性微粒均难逃其“法眼”。

　　尽管国内已有学者及研究机构涉足磨粒传感器领域，探索利用电荷效应原理开发磨粒传感器，但受限于制造工艺的精细要求及信号调制解调技术的门槛，信号处理的难题尚未得到根本解决，且部分铁磁传感器的研究仍停留于实验室的初步阶段，缺乏全方面系统的实验评估以验证其精度。

　　而国外研究虽已取得显著进展，但其出名的磁塞检测技术主要对大颗粒敏 感，难以有 效捕捉油液中细微的碎屑磨粒。

　　智火柴：反观国内，铁磁传感器的研究仍深陷于检测机制探索与技术积累的初级阶段，尚未孵化出具备广泛市场应用潜力的成熟产品。基于此背景，智火柴团队另辟蹊径，运用前沿的微磁感应技术，研发出了IFM-4吸附式磨粒传感器，以期填补市场空白，提升油液分析的精细度与效率。

　　二、IFM-4吸附式磨粒传感器

　　原理及磨损参数的解读

　　一款专为磨损设备而设计的IFM-4吸附式磨粒传感器，采用特 有的微磁感应技术，对油品中铁磁磨损颗粒的细微变化展现出强劲的灵敏度，同时搭建全新电路设计与模型算法，使传感器通过检测头部永磁体上累积的铁磁颗粒，实现油品内大磨粒、小磨粒、磨损指数、油温信息的实时在线追踪，为油液状况及设备磨损状态提供健康评估。

　　图示传感器结构(见左图)由四大关键组件构成：永磁体、PCB线圈、抵消线圈及线圈铁芯。永磁体作为磁源，赋予传感器强大的磁吸附能力，使油液中的铁磁颗粒能够牢固地附着在PCB线圈表面。

　　IFM-4吸附式磨粒传感器结构 | 左图

　　PCB 线圈与铁磁颗粒之间的等效电路 | 右图

　　如右图所示：R1和L1为PCB 线圈的电阻和电感，U为 PCB 线圈两端电压，R2和L2为铁磁颗粒的等效电阻和等效电感，I1为 PCB 线圈的电流，I2为铁磁颗粒的等效电流，M 为PCB 线圈与铁磁颗粒之间互感。

　　随着油液在系统中的持续循环，铁磁颗粒逐渐被吸附并累积在PCB线圈之上。当这些颗粒的累积量达到预设的阈值，或经过了一个特定的时间间隔后，传感器自动触发清洁机制。通过向抵消线圈施加准确的电压，生成一个与永磁体磁场方向相反的磁场，这一反向磁场有 效地削弱了永磁体的磁力，进而促使PCB线圈上累积的铁磁颗粒得以释放清零，我们称之为“自动清洗功能”。

　　该功能得益于传感器在设计阶段融入了永磁体磁场补偿机制，能够促使颗粒从传感器头部脱离，实现自动清洁功能，有 效延长了维护周期。通过监测两次自动清洗操作之间的时间间隔，可以评估设备磨损趋势，为预防维护策略的制定提供关键数据支持。

　　▲ 传感器检测原理图

　　当铁磁颗粒通过 PCB线圈时会被吸附到 PCB 线圈上并使其电感值发生变化。PCB 线圈连接在 LC 振荡电路上，通过LDC芯片控制，电路会将电感量的变化转换为频率的变化，zui终可通过频率信号的监测与分析，反映出油液中铁磁颗粒的含量变化以达到检测的目的。

　　无论是微米级范围内的细微颗粒，还是毫米级范围内的铁磁碎片(碎块)，皆难逃传感器敏锐“法眼”。基于0~100%的输出信号范围，可以直观反映传感器探 头表面被铁磁颗粒或磁性碎片覆盖的比例，为数据解读提供直接依据。

　　三、复杂工况下的吸附式传感器

　　技术突破与应用

　　如果你要问传感器还有何创新性突破?那便是在设计时充分考虑了在线监测过程中油液的粘滞性，传感器可以更准确地捕捉和识别油液中的金属磨粒，减少因油液流动特性导致的监测误差。

　　网友：为了减少检测误差值，将“油液粘滞性”纳入传感器设计的考量之一，起到了哪些关键作用?这对传感器在恶劣工况下的应用有何意义?

　　在传感器设计之初，团队考虑到油液粘滞性对磨粒运动轨迹、沉积速度及分布形态的复杂影响。如上图所示：随着粘度增加，磨粒的分布形态变得更加分散，沉积速度变慢。

　　▲ 不同粘度下磨粒的分布情况

　　并据此对IFM-4传感器的监测算法与结构进行了全方面优化，从而实现对油液中金属磨粒的高精度捕捉和识别。不仅提升了传感器在静态和动态条件下监测准确性，确保能够捕获并稳定输出油液粘度在不同温度和压力波动条件下的实时变化数据，使监测数据更加可靠、真实。

　　▲ IFM-4吸附式磨粒传感器智能算法模型三维图

　　因此IFM-4传感器被赋予了优越的环境适应性和前瞻性的预测性维护能力。在面对煤矿开采、港口起重、隧 道挖掘等大型机械设备非常恶劣工况，油液不可避免地会遭受多种污染与杂质的侵袭，导致其粘滞性经历复杂多变的波动，而吸附式传感器也能够游刃有余地应对这些严峻挑战。

　　目前来说，产品在起重减速机、采煤机摇臂等设备都有成熟的落地方案。

　　此外，针对煤矿行业对安全生产的高标准严要求，智火柴研发团队结合了IFM-4吸附式磨粒传感器的技术原理，开发了一款符合煤矿安全生产条例的GYM12系列矿用本安型油液金属磨屑传感器，采用了先进的本质安全电路设计，且产品已经取得煤安认证，为高安全要求行业提供了可靠的解决方案。

　　适用油品：液压油、齿轮油、空压机油、燃气机油、水乙二醇抗燃液压油以及液压支架乳化油等。

　　通过监测油液中的金属磨屑含量，连续记录与评估设备的磨损状态，对于早期设备故障、磨损预警起到可靠的预防性运维作用。

　　智火柴IFM-4吸附式磨粒传感器，凭借先进的磁吸效应、自动清洁技术与智能监测算法，突破了复杂工况下的油液监测瓶颈，显著降低误报率，提升了磨粒检测的精度与效率。而GYM12系列矿用本安型传感器的问世，更进一步确保了高危环境中设备作业的安全。

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