航空新型静电传感器建模与标定实验.pdf

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1、航空学报ActaAeronauficaetAstrOnaulicaSinicaJuI252016VoI37No．72242．2250lSSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．edu．cnhkxb(鱼buaaedu．cn航空新型静电传感器建模与标定实验冒慧杰1，左洪福1’*，黄文杰2，殷逸冰1，刘宸宁11．南京航空航天大学民航学院，南京2100162．淮阴工学院交通工程学院，淮安223003摘要：静电传感器是一种用于航空发动机润滑油路中磨粒在线监测的新型传感器，为了对静电

2、传感器的特性进行研究，改进了静电传感器的数学模型，设计了静电传感器标定装置。标定装置通过高压电场使油滴荷电，可以产生电量和极性可调的带电油滴，并可通过静电计准确测量产生的油滴电量。通过对数学模型的分析，以及标定实验的实验研究，确定了传感器的空间灵敏度分布；发现并验证了定速带电油滴沿着传感器固定径向位置移动时，静电传感器输出电压的峰值与施感电荷呈线性关系；通过标定实验获得了传感器的标定曲线，并进一步定量确定了传感器静态灵敏度在径向位置上的分布，标定实验也同时验证了数学模型的正确性。关键词：静电传感器；数学模

3、型；标定实验；空间灵敏度；标定曲线中图分类号：V233．4；TH73文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)07—2242一09静电监测技术是一种基于静电感应原理的航空发动机润滑油路磨粒在线监测技术。该技术通过静电传感器获取油路中的磨粒的带电信息，可以掌握部件的磨损情况，进而可掌握部件的健康状况并制定出合适的维修计划。基于这一原理，英国StewartHughes公司最早开发了用于航空发动机润滑油路磨粒监测系统OLS[1。，但被列为军方保密技术，禁止向中国出口。为了打破西方的技术壁垒，国内左洪

4、福团队率先开展了基于静电传感器的润滑油路磨粒监测技术研究[2。4]。在油路静电传感器基本特性研究方面，英国南安普顿大学wood教授对静电传感器用于油液磨粒监测的可行性、磨粒的荷电机理等进行了一系列的研究口。8j。Powrie和Fisher研究了静电传感器在航空发动机润滑油路监测中的应用[9]。在静电传感器理论建模方面比较有代表性的有：Gajewski教授建立了三电极传感器测量模型口0。11]，其将施感电荷、探极上的感应电荷和屏蔽罩上的感应电荷看作3个电极，推导出电极之间的电容关系，从而得到施感电荷与感应电

5、极上的感应电势关系。Yan教授等建立了点电荷模型[12。13l，其根据点电荷静电场的空间分布，应用库伦定理，获得了感应电荷的数学模型。英国UniversityofTesside的Cheng和xu等应用有限元法对传感器进行了分析求解口4。15I。中国的文振华简单建立了静电传感器的输入输出模型，但未列出准确的数学模型[16]；陈志雄等搭建了简易的油路模拟实验台，研究了对轴承钢磨粒监测的信号特点[173；黄文杰和左洪福建立了点电荷模型并建立了仿真监测实验台，证明了监测到的静电信号与理论分析的电压输出相似口8

6、。

7、可见，前人对传感器的研究已经做了很多工收稿日期：2014—11·13；退修日期：2014—12—24；录用日期：2015—01—03：网络出版时间：2015—01—1410：08网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／S1000—689320150007．htmI基金项目：国家自然科学基金与中国民航联合资助基金重点项目(60939003)*通讯作者．Tel．：025—84891098E—mai

8、：rms@nuaa．edu．cn引搠格武；罾慧杰，左洪福．黄文杰，等，航空新型静电传感器建模

9、与标定实验[Jj航空学报．2016，37(7)：2242—2250．MAoHJ．ZU0HF，HuANGWJ．eta

10、．Mathematjcalmode

11、

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13、ibratlonexperimenlolneweledrostat{csensor’nav

14、at

15、on【JI．ActaAeronaut

16、caetAstronaulicasinica，28

17、6．37(7)：2242-2250冒慧杰，等：航空新型静电传感器建模与标定实验作，对传感器的基本感应机理、磨粒的荷电特性、传感器的模型研究以及传感器的

18、工程应用都有涉及。但是对传感器的标定研究却很少涉及，而标定实验是研究传感器输入输出关系的基础，因此本文着重研究了静电传感器的标定实验，并设计了相应的标定装置。同时，精确的数学模型可以很好地辅助标定实验研究传感器的输入输出特性。在上述模型中，Gajewski教授的三电极模型只能定性说明颗粒带电量与感应电势的关系，无法获得传感器灵敏度空间分布等其他特性。黄文杰和左洪福[1胡推导的基于点电荷的模型可以模拟磨粒经过传感器的情况，适合于