磨料水射流切割技术因其无粉尘、无热影响区等特有的优势,适用于多种材料的切割加工,还具有高效率、低成本和绿色环保等优点,成为一项极具优势的冷态加工工艺。随着智能制造和科学技术的发展,对水射流设备运行的加工精度、环保性及使用寿命等各方面都提出更高的要求。因水射流技术以水作为加工载体,所以其流体中会存在加工磨料、切割物废料等固体污染物,而这些污染物不允许再进入设备循环系统,因此对进泵水进行过滤和污染物检测,了解设备的运行状态及磨损情况,是十分必要的。电感式金属颗粒检测传感器是流体污染物监测技术的典型代表,既可以测量金属颗粒的粒度,又可以识别铁磁性和非铁磁性金属颗粒,同时具备结构简单可靠,测量精度高等优点。本文针对水射流技术中的水流体流量大、粘度低、运动状态紊乱等特点,及现有电感式传感器普遍存在的磁场强度不均匀,颗粒径向位置引起测量误差的问题。提出四个平面激励线圈同向串联与中心位置独立平面感应线圈的传感器探头结构,以产生径向磁场强度均匀的检测磁场,降低颗粒径向位置引起的测量误差,并放大测量信号的峰值,提高传感器检测精度和灵敏度。本文首先详细介绍流体金属颗粒检测技术的发展现状和主要检测技术。其次阐述电磁感应基本原理、金属颗粒的磁化效应与涡流效应。然后分析比较现有电感式金属颗粒检测传感器的探头结构及其磁场分布,设计能产生匀强磁场并放大信号峰值的五平面线圈探头结构,并建立其检测线圈电感值与颗粒粒度的数学模型。然后使用COMSOL软件进行探头磁场仿真研究,分析激励频率、线圈匝数及导线线径等传感器参数对检测线圈电感值输出的影响。确定管道外径为3mm下的最优传感器参数,4MHz、80m A的交变激励电流,导线半径为0.04mm,外侧激励线圈匝数为360匝,内侧激励线圈匝数为160匝,检测线圈为90匝。仿真研究表明该探头结构可在检测区域形成70%面积的匀强磁场,然后设计制作金属颗粒检测传感器的硬件和软件,传感器硬件部分包括由AD9850正弦信号发生器、电压极性转换模块、放大滤波模块、LDC1000数字电感芯片等构成的硬件电路和传感器探头。软件部分包括基于Keil软件对STM32F106ZETR的单片机编程和基于Lab VIEW的上位机界面编辑。最后实验验证传感器的检测性能,该金属颗粒检测传感器能有效测量粒径大于100μm的铁磁性金属颗粒和粒径200μm以上的非铁磁性金属颗粒,颗粒径向位置引起的测量误差不超过16.37%,达到预期设计要求,可实现对水射流设备运行状态的监测。