Wear Particle Analysis in Oil Systems by Modelling and Interpretation of Optical Sensor Data

Partikeltællere baseret på lysudsluknings princippet bliver brugt i vid udstrækning i industrielle applikationer, og leverer værdifuld information vedrørende graden af partikelforurening i smøreolien på maskiner. Til trods for dens udbredelse er dokumentationen af denne sensor types funktionalitet sparsom i litteraturen. Denne afhandling adresserer denne mangel på dokumentation ved at kombinere analytiske, empiriske og simulerede resultater anskaffet igennem udviklingen af en lysudsluknings optisk partikel tæller (OPT) og tilsvarende simuleringsværktøj, for at belyse indflydelsen af sensordesign og driftsparametre på detektering af partikler i oliesystemer.


De primære forskningsområder og bidrag adresseret i afhandlingen kan opdeles i to dele:


Del 1: Analytisk udledte forhold mellem partikelstørrelse og sensorrespons er blevet brugt til i udviklingen af et nyt simuleringsværktøj for at modellere outputtet af en OPT. Modellen er blevet brugt til at undersøge indflydelsen af forskellige design og driftsparametre på sensor output, og bidrage til udviklingen af en OPT prototype. Sandsynlighed for at evaluere individuelle partikler til at være deres rette størrelse er fundet til at øges med størrelsen af blænden, og høje partikelkoncentrationer resulterer i simultan detektering af partikler. De simulerede resultater bidrog i udviklingen af en minima detektionsalgoritme som er blevet brugt gennem hele projektet, til at udtrække partikelinducerede variationer i både simulerede og eksperimentelle signaler.


Del 2: Omhandler fortolkningen af OPT rådata output signaler i forskellige eksperimentelle opstillinger. Først blev indflydelsen af høje partikelkoncentrationer på rå output signaler undersøgt og vist til forårsage at flere partikler blev detekteret samtidigt, hvilket fik dem til at fremstå som en enkelt større partikel. Derudover viste resultater fra denne opstilling et nært forestående mætningspunkt i forhold til antal af detekterede partikler. Dernæst blev absorptionsmålinger af ens-fordelte metalbelagte sfæriske partikler kombineret med OPT målinger fra en peristaltisk pumpe opstilling. Ved at inkludere absorptions egenskaberne i omregningen fra sensor output til partikelstørrelser blev forskellen mellem egentlige og estimerede partikeldiametre reduceret med op til 7 procentpoint.


Dette værk bidrager til forståelsen af hvordan lysudsluknings OPTer præsterer ved detektion af slidpartikler i oliesystemer. Sammenhængen mellem modellerede og eksperimentelle resulter antyder at en simuleringsmodel kan anvendes til yderligere optimering af sensorer baseret på dette måleprincip. Den udviklede OPT blev succesfuldt anvendt til at detektere metalbelagte partikler så små som 5 µm, og en metode til at inddrage partiklers optiske absorptionsegenskaber i signalfortolkningen blev vist.