A Multifrequency Lock-In System for Oil Particle Detection and Identification

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作者
Yonghui Liu,Yuying Li,Yan Liang,Xiaoxi He,Mu-Shui Zhang,Zixin Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:75: 1-14
标识
DOI:10.1109/tim.2026.3657564
摘要

In this paper, we present a novel multi-frequency lock-in system for the detection and identification of metal wear particles in lubricating oil, addressing the limitations of conventional single-frequency methods that struggle with simultaneous discrimination of multiple metal types. The system constructs 8-dimensional feature vectors for each material using the ratio of peak-to-peak response voltage to frequency (Rpp/f) at eight discrete frequencies. A compact multi-frequency lock-in amplifier (16 × 10 × 4.5 cm) is designed. Integrating multi-frequency signal generation and parallel demodulation, it achieves high channel consistency and rapid processing speed, facilitating one-time detection for the multi-frequency information. The system shows sub-100-μm detection sensitivity and good distinction ability. The frequency-domain characteristics are obtained for seven types of metal particles and a clear distinction is observed between iron alloys, nickel, copper and aluminum. Particles with the same material but different sizes show similar (Rpp/f) trends. Further experiments are conducted to investigate the effects of oxidation and the superposition of different particles. This work provides a promising solution for online monitoring of mechanical equipment through frequency-domain response analysis of material-specific electromagnetic characteristics.
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