CN104160261A - 集成的便携式样本分析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

集成的便携式样本分析系统和方法。粘度计子系统容纳样本的第一部分。光谱仪子系统容纳样本的第二部分。注射器泵子系统容纳样本的第三部分并被配置成推动样本的第三部分流过将所述样本中的粒子收集在其上的过滤器。x射线分析子系统被配置成用x射线照射粒子。x射线分析子系统还容纳样本的第四部分，以便确定样本中的任何已溶物质的成分。处理子系统提供关于样本以及其粘度、物理特性、微粒计数以及大小分布以及样本中的微粒和已溶元素的成分的报告。

Description

集成的便携式样本分析系统和方法
相关的申请
根据35 U.S.C.§119,120，363，365和37 C.F.R.§1.55和§1.78，本申请要求2012年1月24日提交的美国专利申请系列号No.13/374,934的优先权，该专利申请以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及润滑学和液体(诸如燃料)监测。
背景技术
常常分析机器、汽车、船舶发动机等等中的诸如油之类的液体，以便弄清有关油和/或使用油的设备的状况的信息。润滑学实验室可以包括用于分析油等等中存在的杂质(例如，水)的红外光谱仪，用于测量油的粘度的粘度计，和/或分析和/或分类油中的粒子的设备。参见宣传册“Spectro Industrial Tribology Laboratory(ITL)”，www.spectroinc.com，此处引用作为参考。
每一种仪器通常都提供一些有关油样的信息，然后熟练的技术人员和/或科学工作者使用全部信息来对油样作出全面分析，并可能基于分析提出建议。
然而，实验室需要花时间来报告分析的结果。室验室设备十分昂贵并且复杂。此外，不太熟练的雇员通常不能操作实验室设备、完全理解由设备所提供的信息、或给出适当的建议。
便携式润滑学设备也是已知的，诸如Spectro,Inc.所提供的“FluidScan”IR光谱仪产品。也参见作为参考包括的美国专利申请公开号No.2010/0182599。一些便携式设备十分易于使用。
然而，到目前为止，已知的便携式设备还没有复制润滑学实验室的分析能力。
发明内容
一方面，本发明提供便携式、用电池作电源的并且高度集成的样本分析系统，其被配置成使用多个仪器来分析样本，处理分析信息，并在现场向用户提供相关数据。系统可以由不太熟练的技工操作。
通过实现本发明，本发明至少部分地导致，在一个特定示例中，如果粘度计、IR光谱仪、粒子计数器和x射线子系统以使样本的各部分可以轻松地向不同的仪器呈现的方式集成在可携带的壳体中，那么，处理子系统(也在壳体中)可以被编程为在现场提供关于样本以及其粘度、物理特性、微粒以及样本中的已溶成分以及微粒物质的报告，引起对关于样本的某些信息的注意。
在一个示例中，本发明的特征在于，集成的便携式分析系统，包括带有用于容纳样本的第一部分的开口并被配置成输出对应于样本的粘度的信号的粘度计子系统。光谱仪子系统具有用于容纳样本的第二部分的开口并被配置成输出对应于样本的物理特性的信号。注射器泵子系统包括用于容纳样本的第三部分的开口并被配置成推动样本的第三部分流过将样本中的粒子收集在其上、对样本中的粒子进行计数并按大小分类的过滤器。
x射线分析子系统被配置成用x射线照射粒子并输出对应于粒子的成分的信号。x射线分析子系统还包括用于容纳样本的第四部分的开口，并进一步被配置成输出对应于样本中的任何已溶物质(例如，金属)的成分的信号。
处理子系统响应于粘度计子系统、光谱仪子系统以及x射线分析子系统，并被配置成处理对应于样本的粘度、样本的物理特性、粒子的成分、粒子的数量和大小分布、以及样本中的任何已溶物质的成分的信号。提供关于样本以及其粘度、物理特性、微粒以及样本中的任何已溶物质的成分的报告。
系统通常还包括带有过滤器的微粒盒，用于首先装入注射器泵以在过滤器上收集粒子，然后装入x射线分析子系统开口，用于分析粒子的成分。首选的微粒盒包括用吸液芯填充并用过滤器覆盖的池以及出口。然后，注射器泵子系统可以包括用于容纳流出池的出口的样本的第三部分的囊袋。微粒盒通常包括壳套。系统还可以包括液体样本盒，所述液体样本盒包括用于样本的第四部分的池并被配置成被插入到x射线分析子系统开口中。液体样本盒还包括壳套。
粘度计子系统可以包括翻转式样本单元，包括第一板和第二板，所述第一板包括被配置成通过表面张力将其上的液体约束在其边缘之间的轨道，所述第二板包括当轨道因重力倾斜并且沿着轨道拉液体时，与轨道分隔预定义的间隙的表面，用于通过表面张力将液体约束到轨道。光谱仪子系统还可以包括翻转式样本单元，包括第一和第二铰折板，每一铰折板都包括当板耦合在一起时彼此对齐的窗口，当板耦合在一起时，在窗口之间定义预定义的间隔，作为样本的第二部分的开口。
粒子计数器可以与注射器泵子系统相关联并被配置成向处理子系统提供关于样本的第三部分的任何粒子的数量和大小分布的信号。
系统优选地在封装粘度计子系统和光谱仪子系统的便携式壳体中包括面板。便携式壳体中的另一面板封装x射线分析子系统和注射器泵子系统。便携式壳体还包括处理子系统以及用于粘度计子系统、光谱仪子系统、注射器泵子系统、x射线分析子系统以及处理子系统的电池包。壳体还包括监视器。处理子系统被配置成在监视器上显示报告。处理子系统可以被配置成突出显示报告中的高于预定阈值和/或低于预定阈值的数据。处理子系统还可以进一步被配置成分析任何突出显示的数据，并基于所述突出显示的数据提供样本的等级。
本发明还包括样本分析方法，包括在现场从设备获取样本，将样本的第一部分放在粘度计中，在粘度计中分析样本的第一部分，以及提供对应于样本的粘度的信号。将样本的第二部分放在光谱仪中，该方法包括在光谱仪中分析样本的第二部分，以及提供对应于样本的物理特性的一个或多个信号。从样本的第三部分过滤掉粒子，在x射线分析子系统中分析粒子，x射线分析子系统提供对应于粒子的成分的一个或多个信号。该方法还包括将样本的第四部分放在x射线分析子系统中，在x射线分析子系统中分析样本的第四部分，并提供对应于样本中的已溶物质的一个或多个信号。处理对应于样本的粘度、样本的物理特性、粒子的成分以及样本中的已溶物质的信号，并在现场生成关于样本及其粘度、物理特性、微粒以及已溶物质的报告。
从样本的第三部分中过滤粒子可以包括将样本的第三部分放在注射器泵中，并驱动样本的第三部分流过将粒子收集在其上的过滤器。该方法还可以包括对粒子进行计数并按大小分类。通常，该方法还包括突出显示报告中的高于预定阈值和/或低于预定阈值的数据，并基于突出显示的数据对样本进行分级。实现了无需使用化学制剂、溶剂或稀释剂而执行整个分析协议，清洗整个系统，准备它用于下一次样本分析。通过使用商店抹布或一次性使用的抹布，可以实现任何清洁或分析准备。
附图说明
通过下面的对优选实施例以及各个附图的描述，所属领域的技术人员将想到其他目的、特征和优点，其中：
图1是示出了根据本发明示例的与集成的、便携式样本分析系统相关联的多个主要组件的框图；
图2是示出了根据本发明的集成的便携式样本分析系统的样机的三维正面图；
图3是图2所示出的系统中的光谱仪的组件的三维视图；
图4是示出了图2所示出的系统中的粘度计的组件的示意三维正面图；
图5是示出了图4的粘度计组件被插入到粘度计分析子系统中的示意三维正面图；
图6是图2所示出的系统的粘度计分析子系统的示例的示意描绘；
图7是示出了图2中所描绘的系统的注射器泵/粒子计数子系统的一部分的示意三维正面图；
图8是示出了图2中所描绘的系统的x射线分析子系统的盒开口的示意正面图；
图9是与图2的分析系统包括在一起的微粒盒的示例的示意顶视图；
图10是图9所示出的微粒盒的示意剖面侧视图；
图11是与图2的分析子系统包括在一起的液体样本盒的示意顶视图；
图12是图11所示出的液体样本盒的示意剖面侧视图；
图13是示出了根据本发明的集成的便携式样本分析系统的一个示例的示意三维正面图；
图14是示出了与本发明的系统的x射线分析子系统相关联的主要组件的示意正面图；
图15是图14所示出的x射线分析子系统的微粒和液体样本盒基座组件的示意视图；
图16是示出了与本发明的注射器泵子系统相关联的多个组件的示意剖面正面图；
图17-18是知道根据本发明的与样本分析系统相关联的主要组件的体系结构的框图；以及
图19A-19B是由图17的处理子系统在图17所示出的显示器上提供的报告示例的视图。
具体实施方式
除了下面所公开的优选实施例以外，本发明能够有其他实施例并可以以各种方式来实施。如此，应该理解，本发明在其应用方面不仅限于下面的描述中阐述的或附图中所示出的结构细节和组件的布局。如果此处只描述一个实施例，则其权利要求书将不仅限于该实施例。此外，其权利要求书将不应被限制性地理解，除非有表现某一排除、限制，或放弃权项的清楚的并且令人信服的证据。
图1示意地描绘了集成在便携式公文包10中的根据本发明的一个示例的便携式分析系统，包括顶部内部面板12a和底部内部面板12b。粘度计14包括开口16，用于例如，使用注射器容纳样本(例如，油样)的第一部分。粘度计14被配置成输出对应于样本的粘度的信号。红外光谱仪18包括用于容纳样本的第二部分的开口20并被配置成输出对应于样本的物理特性(诸如存在于样本中的杂质(如水)量、酸性等等)的信号。在一个示例中，IR分析属性是％燃料污染；％AW添加剂；％乙二醇；％按重量计的煤烟；ppm水；硝化(abs/mm2)，氧化(abs/mm2)，硫酸化(abs/mm2)和TBN(mgKOH/g)或TAN(mgKOH/g)。
注射器泵子系统22包括用于容纳样本的第三部分的开口24。注射器泵子系统22被配置成推动样本的第三部分流过将样本中的粒子收集在其上的过滤器(下面所描述的)。在一个示例中，此过滤器是容纳在出口25中的专门设计的微粒盒的组件。此微粒盒有两个关键初始目的：一，它被设计成本身作为开口阻塞粒子计数系统，这使用户从设备获得粒子计数(包括数量和大小分布)信息。二，通过当注射器正在通过盒输入油液体时监测粒子计数，它充当反馈回路以确保在片本身上发生一致的微粒沉积(例如，粒子的总数)。此第二用途可以提供高度校准的样本，这会显著提高随后的x射线分析的准确度。可以将微粒盒插入到与x射线分析子系统28相关联的开口30中，x射线分析子系统28被配置成用x射线照射过滤器上的粒子，并输出对应于粒子的成分的信号。在一个示例中，确定以ppm为单位的诸如Ag、Al、Cr、Cu、Fe、Mo、Ni以及Pb之类的元素(例如，金属)量。
样本的第四液体部分(未过滤的)可以沉积在液体样本盒上，该液体样本盒还插入到x射线分析子系统28开口30中，然后x射线分析子系统输出对应于样本中的任何已溶物质(例如，金属)的成分和量的信号。可以计算和显示特定金属(已溶解的和未溶解的)的总量。
还包括处理子系统，如32所示(例如，微处理器、控制器等等)，并响应于由粘度计、红外光谱仪以及x射线分析仪输出的信号。处理子系统32被配置成处理对应于样本的粘度、样本的物理特性、存在于样本中的任何粒子的成分以及样本中任何微粒或已溶物质的成分的信号。处理子系统提供关于样本以及其粘度、物理特性、微粒以及已溶物质等等的报告(例如，在监视器34上)。在处理子系统32上操作的软件还被配置成基于其粘度、物理特性、微粒和/或已溶物质等等，突出显示有关样本的某些选择信息。只在一个示例中，如果诸如粘度、ppm Ni和/或％乙二醇之类的值超出最大阈值或低于最小阈值，那么，可以以红色或以别的方式突出显示值。可以报告趋势，例如，通过在屏幕上为特定资产，诸如引擎，描绘在不同的时间获得的多个样本的粘度级别，以指出趋势信息。可以自动地为用户突出显示趋势信息，诸如从一个示例到另一示例的关于存在的铁的量的大跳跃。处理子系统甚至可以被编程为基于各种随时间分析器的输出和/或数据集，作出建议。
图2示出了一种样机。x射线分析子系统组件位于内部面板12a的后面。处理子系统组件还位于面板12a后面，但是，也可以存在于或分布在面板12a和12b之间。一个或多个电池可以位于面板12b后面。在图2中，注射器泵/粒子计数器22被示为容纳通常来自注射器的样本部分的开口24(也参见图7)。在图2和图3中示出了红外光谱仪翻转式单元40。样本的一部分沉积在窗口开口16a上(图3)。在此处作为参考包括的US专利申请公开号No.2010/0182599中进一步定义了此特定光谱仪组件。
IR频谱仪子系统的分析器(位于面板12b后面，图2)通常向处理子系统提供关于样本的物理特性的信息(例如，％水，氧化)，该处理子系统可以被编程为基于物理特性，以及在一个优选实施例中，由粘度计、粒子计数和x射线子系统所提供的信息，来突出显示数据。
在此示例中，频谱仪子系统包括带有铰折板50a和50b的翻转式单元40，每一铰折板50a和50b都包括窗口16a和16b。当板耦合在一起时，对于通过注射器沉积的样本的第二部分，在窗口16a和16b之间有预定义的间隔。运动机构52a，52b以及52c定义间隔。可以使用磁体来可释放地将板耦合在一起。
在图2和图4-6中还示出了粘度计子系统18。在如图4所描述的一个特定示例中，运动粘度计包括翻转式单元19，带有第一板110a，有至少一个轨道112从平板肋板114凸出，并从近端(例如，顶部)116a向远端(例如，底部)116b延伸。在一个样机示例中，轨道112是918μm宽，高在0.01英寸和0.02英寸之间，长在2英寸和3英寸之间。轨道112的顶表面是平的，达到16RMS和+/-1度。如此，轨道112被配置为将其上的液体通过表面张力约束在轨道的边缘118a和118b之间。
第二板110b通常被铰接到板110a上，如120所示，并在分隔预定的间隙(例如，100-200μm)的轨道112上，包括达到116RMS和+/-1度的平面的表面122，如此，当轨道112(以及板10a)倾斜时(例如，垂直地定位)，并且重力沿着轨道从近端116a向远端116b拉液体时，通过表面张力将液体约束到轨道。通常，间隙比轨道的宽度的9倍小得多。
在此特定设计中，板110b包括分隔的凹陷的正面磁体130a，130b以及130c，而板110a包括分别容纳在凸起的平的台面144c，146b以及146d中的对应的负面磁体132a、132b以及132c。台面144c，146b以及146d可以与轨道112高度相同。磁体130和132可释放地耦合板110a到板110b，以便使板110a和110b被用于粘度测量，然后分离(通过铰链)，以便进行清洁。可另选地，项目130a-130c可以是磁体，而项目132a-132c可以是铁磁材料。还可以颠倒相应的板中的磁体和/或铁磁材料的相对位置。
当两个板耦合在一起时，为适当地将板110b的表面122在轨道112上分隔特定的(例如，100μm)间隙，运动机构136a-136c被安置在板110b中，如图所示，并分别与盘138a-138c匹配。盘138a-138c分别被安置在台面144d，144b以及146c中，台面144d，144b以及146c通常还具有与轨道112的高度相同的高度。对于台面144a和146a，同样如此。然而，用于在轨道112的顶表面和板110b之间提供预定义的间隙的其他手段也在本发明的范围内。也参见作为参考包括的美国专利申请公开号No.2010/0182599。
如图所示，台面144a-144d彼此分隔，它们还在轨道112的一侧与轨道112分隔，而台面146a-146d在轨道112的对面一侧与轨道112分隔。此布局又定义交叉的沟道150a和150b，152a和152b以及154a和154b。可以在这些沟道中引导电磁能量(例如，激光或LED光)，以便测量沿着轨道112移动的液体样本的速度，如下面所讨论的。
在此特定实施例中，轨道112还具有定义带有向上向轨道顶表面倾斜的坡道162的池的近端160。轨道112在坡道162的相对的两侧分成指状元件164a和164b。如图所示，还可以在板110b中提供坡道166，以进一步定义液体样本池。各种材料可以用于板110a和110b，包括铝和不锈钢，通常，在相应的板的表面上切削加工或以别的方式形成所示出的所有特征。
图5示出了板110a和110b被折叠成耦合的关系，其中图4的轨道112现在是垂直朝向，板110b通过磁体130a-130c和132a-132c可释放地耦合到板110a，并且板110b的表面122通过运动机构136a-136b在轨道112的顶表面上分隔预定义的间隙。一旦板110a和110b被垂直地安置，它们被向下推动到面板12b(图2)后面的分析单元。图5还示出了位于板110b的后面表面的用于将样本加热到预定义的温度(例如，40℃)的加热元件175。
图6描绘了耦合在一起并垂直地安置在分析单元内的板110a和110b，分析单元通常包括电磁辐射的源，如190所示，LED 192a、192b以及192c在可释放地耦合在一起的板110a和110b的一侧，带有对应的检测器元件196a，196b以及196c的检测器组合件194在板110a，110b的相对的一侧。
此布局可以测量液体在轨道112a的顶表面上沿着轨道112移动花费的时间，以便如此提供流体在轨道112上的速度的计算。
源192通过轨道和与轨道分隔的表面之间的间隙引导光。液体的样本沉积在开口178(由板110a中的倾斜的坡道62a和板110b中的倾斜的坡道166定义，图4)处。样本可以是来自发电机曲柄箱等等的油。样本在重力作用下开始沿着轨道112流动，图4，并通过轨道112本身的设计和轨道112和板110b的表面122之间的间隙，约束到轨道112的顶表面。LED 192a，192b以及192c(图6)分别在沟道150a，152a以及154a中引导光，如图所示。例如，来自LED 192a的光通过轨道112的顶部和板110b的表面122之间的间隙，在沟道150a(图4)中引导，然后到沟道150b，以便被检测器196a检测(图6)。来自LED 192b的光又通过轨道112的顶部和板110b的表面122之间的间隙，被引导到沟道152a(图4)中，然后通过152b，以便由检测器196b检测(图6)。类似地，来自LED 192c的光通过轨道112的顶部和板110b的表面122之间的间隙，被引导到沟道154a中，然后通过沟道154b，以便由检测器196c检测。沟道150a，152a以及154a和/或LED等等之间的距离是已知的，如此，通过使用检测器196a、196b以及196c，可以确定样本液体经过轨道112上的已知位置需要花费的时间，因为当轨道112上的油(图4)阻止或扩散由LED源传输的光时，检测器196a，196b以及196c将不再输出指出它们正在分别检测到来自LED源192a，192b以及192c的光的信号(或将输出不同的信号)。还可以使用其他电磁辐射源，包括激光。
处理子系统微处理器或控制器32(图6)通过电源200(在面板126后面的电池包，图2)操作加热器175，还基于来自输入/输出部分34的命令，激励发射器190的LED，并读取来自检测器阵列194的输出，以便计算在轨道112和板110b的表面122之间的间隙中移动的流体的速度(图4)。然后，微处理器或控制器32优选地使用速度，根据公式来确定运动粘度：
间隙是已知的(例如，100μm)，常数K(例如，1/6)以及重力加速度也是已知的。用于作为轨道和板110b的表面122之间的预定义的间隙以及液体沿着轨道流动需要花费的时间的函数来确定液体的运动粘度的其他手段也在发明的范围内。微处理器32可以如上文所阐述的那样编程，并可以驻留在便携式计算机中。然后分离板，擦干净轨道，然后粘度计已准备好再次供使用。处理器32向监视器34提供粘度信息作为报告，然后可以基于液体的粘度及其他属性，提供一个或多个建议。
图7示出了注射器泵机组22的液体取样开口24以及盒开口25。图8示出了x射线开口30。
图9-10示出了优选地给系统提供的用于通过注射器泵子系统收集并计数样本中的微粒物质以便通过开口30(图8)向x射线分析子系统呈现微粒物质的盒300。盒300包括池302以及过滤器基座304，在该基座304上面安置了0.005英寸厚的过滤膜306，并通过带308固定就位。过滤器基座304咬合到板310，板310具有溢流槽312。还可以包括盒壳套314，以便存储特定样本。在此示例中，毛毡材料316填充池302，并提供了出口318，其穿过过滤器基座304从池302出来用于多余的样本液体。微粒盒300被放置在注射器泵子系统22的出口25中(图7)。将液体样本放在开口24中，注射器泵子系统驱动液体流过薄膜306，吸液芯316，并进入出口318，以便收集在与注射器泵子系统相关联的囊袋中。使用基于ISO的技术，对样本中存在的微粒计数，现在驻留在过滤膜306上的是校准的量。例如，注射器可以具有分送3ml的液体的能力。然而，当注射器处于分送过程时，如果注射器泵的粒子计数方面检测到高于预定义的阈值的粒子计数，则泵可以自动地在比方说0.5ml的分送的液体时停止，因为分送更多液体可能会导致太多粒子在薄膜上“结成块”，并使与薄膜本身最近而驻留的收集的粒子受到阻碍而无法进行x射线分析，这会导致x射线分析的显著误差。基于沉积的量，沉积到薄膜中的用于x射线分析的粒子可能会给出不同的信号。本发明通过控制沉积在薄膜上的粒子的数量来减轻这种情况。如此，此粒子计数有双重目的：向用户提供基于ISO的粒子计数，以及优化用于分析的x射线薄膜的轮廓。
然后，技术人员从注射器泵子系统开口25中取出盒300(图7)，并将盒300放在x射线分析子系统开口30中(图8)。然后，激活x射线分析子系统，并对粒子进行x射线照射、标识和量化。
图11-12描绘了为系统提供的另一盒330。液体盒330包括板332和带有池336的样本杯334。样本杯334通过弹簧、带或O形圈338夹持在板332中。还可以提供壳套340，以便存储特定样本。板32还可以定义溢流槽342。
使用注射器，将样本的一部分提供给液体样本盒330的池36，然后将液体样本盒330置于x射线分析子系统的开口30(图8)中，然后使用x射线分析子系统进行x射线照射，并提供关于液体样本中的已溶物质的数据(标识和量化)。
图13描绘了便携式壳体10内的样机系统。示出了x射线子系统，通常是x射线荧光类型的子系统。还示出了注射器泵子系统22和7英寸LCD监视器34。在壳体10的底部部分是红外光谱仪子系统14的隔箱350，图1-2。粘度计子系统位于粘度计装入站352中。可再充电电池组位于面板354的后面，并有用于废物贮存的配置，如356所示。样本、盒等等可以贮藏在样本储存区358。与包括计算机软件、数据库、以及控制器或处理子系统的子系统相关联的电子器件位于观察板360后面。
图14示出了x射线分析子系统28和x射线玻片放置架组件360的配置。x射线源和检测器通常位于模块362内，x射线分析子系统的控制电子器件位于364处。在图15中还示出了x射线玻片放置架360，如上文所讨论的，它定义了参考图9-12所讨论两个盒的开口30。此模块的典型的组件包括x射线带阻滤波器362、样本盒364的滑槽以及可移动滴液盘366。
图16描绘了与典型的注射器泵机组相关联的多个主要组件，包括线性传动器370、后面位置传感器372、注射器推杆374、前端位置传感器376、注射器378、注射器基座380、注射器制动382。示出了注射器378下面的微粒盒300(参见图9-10)。盒下面是连接到微粒盒的用于多余样本液体出口开口318的囊袋400(图10)的排出块384。位于383的压力传感器提供粒子计数所需的输入。基于反馈的算法监测这些压力，并根据需要调整电机转速，以提供针对范围广泛的粘度的准确的粒子计数。
盒薄膜(306，图10)上方和下方的液体之间的压力差是多少粒子占用薄膜或薄膜上颗粒的密度的函数。当粒子填充薄膜的开口时，第二层粒子开始在薄膜上聚集，用x射线照射粒子变得更加困难。相反，粒子太少会导致低x射线信号，分析粒子也困难。
通过包括响应于注射器中的过滤膜上面的液体的压力P1的压力传感器303(图16)，响应于注射器中的薄膜下面的液体的压力P2，可以确定占用薄膜的粒子的量(即，它们的密度)。例如，处理子系统的比较器功能可以计算P1和P2之间的差值的绝对值，当压力差大于预确定的值(例如，10psi)时，停止注射器泵的驱动。处理子系统通常还被编程为当注射器泵在压力差达到预先确定的值之后停止时警告用户(例如，使用屏幕提示或指示灯)，盒现已准备好插入到x射线子系统(28，图1，13以及14)。
在实验室中，确定样本中的固体将包括酸解以将固体转换为液态，以便通过X射线技术等等来进行分析。
在本发明中，以两种方式分析固体(粒子)：1)使用上文所讨论的置于x射线开口(30，图1)中的过滤膜盒，用x射线以低功率照射过滤的粒子(超过预定的大小)，以及2)将流过过滤膜(参见囊袋400，图10)的较小的溶解的粒子以溶液形式置于盒330中(图11-12)(在池336内)，并引入x射线开口30，图1。以较高功率用x射线照射这些溶解的粒子。
结果是分析和标识小于或大于某一大小(例如，低于和超过10微米)的粒子。处理子系统优选地被编程为当图9-10的粒子盒引入开口30(图14)中时自动地以低功率(例如，0.5瓦特)激励x射线源，当图11-12的溶液盒装入开口30(图14)时，以较高功率(例如，4瓦特)激励x射线源。
图17-18示出了与系统相关联的某些主要组件，包括处理子系统板402本身，包括一个或多个处理器32和数据库404的存储器设备。还示出了x射线检测器28、粘度计14、注射器泵和粒子计数子系统22、光谱仪18、LCD屏幕34等等之间的连接。
在处理器32上操作的系统软件优选地是基于资产的系统。换言之，每一测量套件都被绑定到特定资产(例如，自卸卡车的主要柴油发动机)。有关该资产的信息存储在，例如，存储在RAM中的SQL数据库404中。一旦执行测量套件，系统软件就检索与该资产相关联的信息，并将它与测量到的值进行比较。在典型的配置中，这将包括测量到的每一属性的高和低极限值。软件与高和低极限值和测量到的值执行比较，并得出三个级别的结论：一，在特定属性级别(例如，粘度或Fe含量)，二，在仪器级别(IR、粘度、x射线、粒子计数)，以及三，在总体建议级别。得出的结论被配置成处于3个级别：全部OK、警告以及报警。如果有与仪器相关联的特定属性处于报警或警告状态的话，则全部属性的最差状态将以仪器级别的建议反映。类似地，任何特定仪器的最差状态将以总体建议级别反映。
对软件进行配置使得总体建议简单地是“OK”复选标记，表示好，警告标志表示警告，带有斜线的红色圆圈表示报警状态。这在图19A和19B的示例报告屏幕中示出。特定的属性以绿色、红色和黄色报告，以反映它们的特定状态。如此，用户可以在视觉上看见哪些参数正在导致流体分析失败，并采取合适的动作。用户可以通过简单地触摸LCD屏幕并随着时间的推移浏览每一样本，滚动浏览特定资产的详述的临时的历史。历史以屏幕上列格式对齐，以便易于并排比较相同的量的时间靠近的测量值以及总体液体状态。还可以按时间顺序查看测量值，而不考虑资产。另外，报告特征还提供该资产的随着时间的推移的任何特定属性的x-y图表，以便了解在液体中可能发生的趋势，这会反映资产本身中的趋势。所有这些都可以通过设备触摸屏查看。在任何时间点，在屏幕上生成的特定信息簇都可以向打印机发送，以便打印硬拷贝。
软件通过启动并收集来自每一单个系统仪器的测量值来起作用，以将信息馈送到此报告结构中。由软件收集单个仪器信息，并自动地存档在设备上的SQL数据库中。一般而言，由系统软件将来自每一仪器的原始信息转换为测量值信息(例如，以ppm为单位的水或Si量)。这是植入报告部分并且也存档在同样设备上的SQL数据库中的信息。系统软件可以创建特定资产的测量值套件，以便简化测量过程。此信息作为唯一资产信息存储在数据库中。例如，用户可能对某些非常低粘滞流体(例如，液压液)的粘度没有兴趣，如此，可以设置使用液压液的资产，以便其测量值套件只包括IR和x射线测量值。自动地改变菜单和测量值导航，以反映接受测试的特定资产的测量值套件。
图19A-19B描绘了在LCD监视器34(图13和17)上提供的报告的示例。红外光谱仪子系统提供使在处理子系统上操作的计算机软件能够生成数据的信号，诸如在图19A中的标题“IR属性”下所示出的。粘度计子系统提供使计算机软件能够提供粘度数据的输出，如在图19A中的“粘度计属性”所示的。x射线子系统输出使计算机软件能显示数据的数据，如在图19B中的标题“X射线属性”所示的。在此特定报告中，显示铁、铝、银等等的总量，包括流体样本内的溶解物的量以及上文参考图9-10所讨论的微粒盒300的过滤器上存在的微粒状态的物质量。系统使操作员能生成，例如，只关于样本中存在的微粒和/或样本中存在的已溶物质的量的报告由x射线分析子系统输出。
处理子系统优选地被配置(例如，编程)成突出显示高于预定阈值和/或低于预定阈值的数据，并报告该数据。在图19B所示出的示例中，银、铝、铬以及镍的量超出它们的相应的预设的最大量(百万分之几)，如此，它们被突出显示或示出，例如，以红色字母，而不是对于铜、铁等等的量的白体字，它们在它们的相应的容差内，因此，以白色数字描绘。处理系统还被配置成分析突出显示的或超出容差的数据中的任何一项，以基于突出显示的数据，提供样本的“等级”。如对于在500a和500b所示的以前的样本，是绿色复选标记，意味着所有数据都在规定极限内。然而，在500c所示的样本的报告等级示出了警告或危险图标，描绘了特定样本的不及格等级。对于诸如发动机之类的给定资产，可以在不同的时间对油进行采样，并指出趋势，如图19B所示出的，其中，当与较早时间的以前的样本相比时，油样中的铬量显著增大。
结果是便携式并高度集成的样本分析系统和方法，其中，使用多个仪器分析样本，处理分析信息，以便指出有关样本和/或从其中发出样本的设备的重要信息。本发明的系统可以由不太熟练的技工操作。便携式系统的携带箱以这样的方式设计，以便样本的四个部分可以向不同的仪器呈现，然后处理子系统提供关于，例如，样本以及其粘度、其物理特性、微粒和已溶物质的报告。甚至可以基于样本的粘度、物理特性、微粒以及样本中的任何已溶物质的成分，作出一个或多个建议。进一步地，操作员不需要使用任何类型的化学制剂、溶剂或稀释剂即可对系统进行操作。他或她简单地利用商店抹布即可擦拭粘度计和IR子系统，整个系统便准备好用于其下一次测量。这使得设备对边远地区或不容易获得化学制剂的区域特别有用，并显著增强其可携带性。
在使用中，技术人员在现场从设备取样(例如，从发动机曲轴箱获取油)，并使用注射器将样本的第一部分放在粘度计18(图2)中。粘度计子系统分析样本的第一部分，并向处理子系统提供对应于样本的粘度的信号。技术人员接下来将样本的第二部分放在光谱仪子系统14中，它分析样本的第二部分，并向处理子系统提供对应于样本的物理特性的一个或多个信号。将样本的第三部分提供给注射器泵子系统22，在那里，对粒子进行计数，并从样本的第三部分中过滤粒子。由x射线分析子系统分析粒子，该x射线分析子系统向处理子系统提供对应于粒子的成分的一个或多个信号。还将样本的第四(例如，液体)部分提供给x射线分析子系统，该子系统分析样本的第四部分，并提供对应于样本中的已溶物质的一个或多个信号。处理对应于样本的粘度、样本的物理特性、粒子的成分以及样本中的已溶物质的信号，并在现场自动地生成关于样本以及其粘度、物理特性、微粒以及已溶物质的报告。此外，处理子系统还基于样本的粘度、物理特性、微粒以及已溶物质，在现场自动地突出显示信息。
虽然在一些附图中而没有在其他附图中示出本发明的特定的特征，但是，这只是为了方便，因为每一特征都可以与根据本发明的任何或全部其他特征相结合。如此处所使用的措词“包括”、“具有”以及“带有”应从广义上来解释，不仅限于任何物理互连。此外，本申请中所公开的任何实施例都将不应理解为唯一可能的实施例。
另外，在本专利申请的进行过程中进行的任何修改不是提交的申请中呈现的任何权利要求元素的放弃：预期所属领域的技术人员撰写字面上包含所有可能的等效内容的权利要求书是不合理的，许多等效内容在修改时是不可预见的，并超出放弃的内容(即使有的话)的合理的解释，构成修改的基础的基本原理可能不支持超过与许多等效内容的具有离题关系的内容，和/或有许多其他原因不能预期申请人描述修改的任何权利要求元素的某些无实质的替代。
所属领域的技术人员将想到其他实施例，它们在下面的权利要求书内。

Claims (31)

1.一种集成的便携式样本分析系统，包括：
带有用于容纳样本的第一部分的开口并被配置成输出对应于所述样本的粘度的信号的粘度计子系统；
带有用于容纳所述样本的第二部分的开口并被配置成输出对应于所述样本的物理特性的信号的光谱仪子系统；
包括用于容纳所述样本的第三部分的开口并被配置成推动所述样本的第三部分流过将所述样本中的粒子收集在其上的过滤器的注射器泵子系统；
被配置成用x射线照射所述粒子并输出对应于所述粒子的成分的信号的x射线分析子系统；
所述x射线分析子系统进一步包括用于容纳所述样本的第四部分的开口并进一步被配置成输出对应于所述样本中任何已溶物质的成分的信号；以及
响应于所述粘度计子系统、所述光谱仪子系统以及所述x射线分析子系统并被配置成执行下列操作的处理子系统：
处理对应于所述样本的粘度、所述样本的物理特性、所述粒子的成分以及所述样本中任何已溶物质的成分的所述信号，以及
提供关于所述样本以及其粘度、物理特性、微粒以及所述样本中任何已溶物质的成分的报告。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括带有过滤器的微粒盒，用于首先装入所述注射器泵以在所述过滤器上收集粒子，然后装入所述x射线分析子系统开口，用于分析所述粒子的成分。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述微粒盒包括用所述过滤器覆盖的池。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述池还包括出口。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述池包括吸液芯。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述注射器泵子系统还包括用于容纳流出所述池的出口的所述样本的第三部分的囊袋。
7.如权利要求2所述的系统，其中所述微粒盒包括壳套。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括液体样本盒，所述液体样本盒包括用于所述样本的第四部分的池并被配置成被插入到所述x射线分析子系统开口中。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述液体样本盒包括壳套。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述粘度计子系统包括翻转式样本单元，所述翻转式样本单元包括：
第一板，包括被配置成通过表面张力将其上的液体约束在其边缘之间的轨道，以及
第二板，包括当所述轨道因重力倾斜并且沿着所述轨道拉所述液体时，与所述轨道分隔预定义的间隙的表面，用于通过表面张力将液体约束到所述轨道。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述光谱仪子系统包括翻转式样本单元，包括第一和第二铰折板，每一铰折板都包括当所述板耦合在一起时彼此对齐的窗口，当所述板耦合在一起时，在所述窗口之间定义预定义的间隔，作为用于所述样本的第二部分的开口。
12.如权利要求1所述的系统，进一步包括与所述注射器泵子系统相关联并且被配置成向所述处理子系统提供关于所述样本的第三部分中的任何粒子的数量和大小分布的信号的粒子计数器。
13.如权利要求1所述的系统，在封装所述粘度计子系统和所述光谱仪子系统的壳体中进一步包括面板。
14.如权利要求13所述的系统，在封装所述x射线分析子系统和所述注射器泵子系统的壳体中进一步包括另一面板。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述壳体还包括处理子系统，以及用于所述粘度计子系统、所述光谱仪子系统、所述注射器泵子系统、所述x射线分析子系统以及所述处理子系统的电池包。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述壳体还包括监视器，所述处理子系统被配置成在所述监视器上显示所述报告。
17.如权利要求1所述的系统，其中所述处理子系统被配置成突出显示所述报告中的高于预定阈值和/或低于预定阈值的数据。
18.如权利要求18所述的系统，其中所述处理子系统进一步被配置成分析任何突出显示的数据，并基于所述突出显示的数据提供所述样本的等级。
19.如权利要求1所述的系统，其中所述注射器泵子系统还包括所述过滤器的上游的压力传感器和所述过滤器的下游的压力传感器，以确定所述过滤器上的所述粒子何时达到预定的密度。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述处理子系统响应于所述压力传感器，并被配置成当所述过滤器的上游和下游的压力差达到预定值时停止所述注射器泵子系统的驱动。
21.如权利要求1所述的系统，其中所述处理子系统进一步被配置成当用x射线照射所述粒子时自动地以第一、低功率激励所述x射线分析子系统，并且当用x射线照射所述已溶物质时自动地以第二、较高功率激励所述x射线分析子系统。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述样本的第四部分是过滤的所述样本的第三部分。
23.一种样本分析方法，包括：
在现场从设备获取样本；
将样本的第一部分放在粘度计中；
在所述粘度计中分析所述样本的第一部分，并提供对应于所述样本的粘度的信号；
将所述样本的第二部分放在光谱仪中；
在所述光谱仪中分析所述样本的第二部分，并提供对应于所述样本的物理特性的一个或多个信号；
使用过滤器过滤所述样本的第三部分，以收集所述第三部分的粒子；
在x射线分析子系统中分析所述粒子，并提供对应于所述粒子的成分的一个或多个信号；
将所述样本的第四部分放在所述x射线分析子系统中；
在所述x射线分析子系统中分析所述样本的第四部分并提供对应于所述样本中的已溶物质的一个或多个信号；
处理对应于所述样本的粘度、所述样本的物理特性、所述粒子的成分以及所述样本中的已溶物质的信号；以及
在现场自动地生成关于所述样本以及其粘度、物理特性、微粒以及已溶物质的报告。
24.如权利要求23所述的方法，其中从所述样本的第三部分中过滤粒子包括将所述样本的第三部分放在注射器泵中，并驱动所述样本的第三部分流过将所述粒子收集在其上的过滤器。
25.如权利要求23所述的方法，进一步包括对所述粒子进行计数并按大小分类。
26.如权利要求23所述的方法，进一步包括突出显示所述报告中的高于预定阈值和/或低于预定阈值的数据。
27.如权利要求26所述的方法，进一步包括基于所述突出显示的数据对所述样本进行分级。
28.如权利要求23所述的方法，进一步包括测量所述过滤器的上游以及所述过滤器的下游的压力，以确定所述粒子何时在所述过滤器上达到预定的密度的步骤。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括当所述过滤器上游和下游的压力差达到确保优化的x射线分析的预定值时停止过滤所述样本的第三部分的步骤。
30.如权利要求23所述的方法，其中在x射线分析子系统中分析所述粒子包括当用x射线照射所述粒子时自动地以第一、低功率激励所述x射线分析子系统，并且在所述x射线分析子系统中分析所述样本的第四部分包括当分析所述已溶物质时自动地以第二、较高功率激励所述x射线分析子系统。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述样本的第四部分是过滤的所述样本的第三部分。
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