CN106383146B - 一种感抗式油液检测系统及其制作方法 - Google Patents

一种感抗式油液检测系统及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械设备油液检测技术领域，提供一种感抗式油液检测系统，其包括检测装置、测量模式切换单元和激励‑检测单元。检测装置包括一个微流控芯片和一个传感单元，其中，微流控芯片由微通道入口、微通道、基底、模型材料和微通道出口组成；传感单元由两个单层线圈正对排布而成。测量模式切换单元通过改变两个单层线圈的四个引线端之间不同的连接方式来切换不同的测量模式。激励‑检测单元通过给两个单层线圈以高频交流电激励，使其既可以当作电感‑电阻检测装置，也可以当作电容检测装置。该芯片利用同一个传感单元实现了电感、电阻和电容的多参数测量，可以对油液中多种颗粒污染物区分检测，可以进一步对机器设备进行故障诊断。

Description

一种感抗式油液检测系统及其制作方法
技术领域
本发明涉及设备油液系统故障检测领域，尤其涉及一种对油液中的颗粒污染物进行检测的感抗式油液检测系统及其制作方法。
背景技术
油液中的颗粒污染物是导致液压系统故障的最主要原因，能够检测到油液中颗粒污染物的信息，是对设备系统进行故障诊断的可靠方案。目前，针对油液颗粒污染物进行检测的方法主要包括光学检测法、声学检测法、电感检测法以及电容检测法等。其中光学检测法具有较高的检测精度，但不能区分颗粒污染物的属性，并且会受到油液透光度的影响限制。声学检测法是通过检测反射声波来对油液中的颗粒进行检测，该方法受环境噪声和油液温度变化的影响比较严重。电感检测法能对油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒进行区分检测，且不易受外界因素影响，稳定性较高，但该方法无法对油液中的水滴和气泡进行检测，且检测精度没有上面几种方法高。电容检测法根据两极板间介质的介电常数不同，能够区分检测油液中的水滴和气泡，但对金属颗粒不能进行区分。以上这些方法都只能对油液进行单一参数测量，并且只能对油液中的一种或两种属性的颗粒进行检测，不能对多种颗粒进行综合检测。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种具有多参数测量、并且能够对油液中四类颗粒污染物(水滴、气泡、铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒)进行综合区分检测的感抗式油液检测系统及其制作方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种感抗式油液检测系统，包括检测装置和激励-检测单元，其中：
所述检测装置包括一个微流控芯片和一个传感单元，微流控芯片包括微通道入口、微通道和微通道出口；
传感单元由两个相同的第一单层线圈和第二单层线圈组成，两个单层线圈正对排布，所述微通道从所述两个单层线圈内孔穿过；所述第一单层线圈有第一引线端和第二引线端，所述第二单层线圈有第三引线端和第四引线端；
所述感抗式油液检测系统还包括测量模式切换单元，测量模式切换单元通过改变两个单层线圈的四个引线端之间不同的连接方式来切换不同的测量模式；
激励-检测单元通过绝缘导线与测量模式切换单元连接，以给所述两个单层线圈以高频交流电激励。
进一步的技术方案是，微流控芯片还包括基底和模型材料，基底放置在微通道的底部用于固定微流控芯片和传感单元，模型材料浇注在所述微流控芯片和所述传感单元的外部。
再进一步的技术方案是，所述微通道成直线型，从所述两个单层线圈内孔穿过，所述微通道位置紧贴两个单层线圈的内孔边缘。
再进一步的技术方案是，所述两个单层线圈之间的距离是0-1000微米。
再进一步的技术方案是，所述单层线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为300-1000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-100匝，所述微通道直径为100-300微米。
再进一步的技术方案是，所述基底的材料为玻璃。
再进一步的技术方案是，所述测量模式切换单元可以使所述感抗式油液检测系统在电容测量模式和电感-电阻测量模式之间切换，所述电容测量模式为将所述第一单层线圈的第一引线端和第二引线端相连，所述第二单层线圈的第三引线端和第四引线端相连，然后再将这两个连接口分别与电源正负极相连；
所述电感-电阻测量模式为将所述第一单层线圈的第一引线端和所述第二单层线圈的第三引线端相连，所述第一单层线圈的第二引线端和所述第二单层线圈的第四引线端相连，然后再将这两个连接口分别与电源正负极相连。
一种感抗式油液检测系统的制作方法，其中：
制作检测装置，首先将微通道模具和两个单层线圈按既定的位置固定在基底上；然后往基底上倒上模型材料，使模型材料固化，再将微通道模具从固化后的模型材料中抽出，用打孔器在微通道两端打孔，形成微通道入口和出口；
将所述两个单层线圈的四个引线端通过绝缘导线与测量模式切换单元连接，测量模式切换单元通过绝缘导线与激励-检测单元连接。
进一步的技术方案是，所述两个单层线圈的四个引线端布置在模型材料外部，不被模型材料浇注。
再进一步的技术方案是，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的油液检测系统，通过改变检测装置中传感单元的两个正对单层线圈的四个引线端之间不同的连接方式来切换不同的测量模式，使其在电容测量模式下能够实现对120微米的水滴和200微米的气泡的检测，在电感-电阻测量模式下能够实现对60微米的铁颗粒和120微米的铜颗粒的检测，从而对油液中的水滴、气泡、铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒四类颗粒污染物进行区分检测。
附图说明
图1为检测装置结构图；
图2为传感单元正视图；
图3为传感单元侧视图；
图4为本发明一个实施例的电容测量模式原理图；
图5为本发明另一个实施例的电感-电阻测量模式原理图；
图6为检测装置及其测量单元的系统图。
【附图标记说明】
1：通道入口；
2：微通道；
3：基底；
4：模型材料；
5：传感单元；
6：通道出口；
7：第一单层线圈；
8：绝缘导线；
11：测量模式切换单元；
12：激励-检测单元；
14：第二单层线圈；
15：第一引线端；
16：第二引线端；
17：第三引线端：
18：第四引线端。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一：
结合图1、图2和图3，参见图6，一种感抗式油液检测系统，包括检测装置、测量模式切换单元11和激励-检测单元12。
检测装置包括一个微流控芯片和一个传感单元5，微流控芯片包括微通道入口1、微通道2、基底3、模型材料4和微通道出口6。
传感单元5由两个相同的第一单层线圈7和第二单层线圈14组成，两个单层线圈7、14正对排布，所述微通道2从所述两个单层线圈7、14内孔穿过；所述第一单层线圈7有第一引线端15和第二引线端16，所述第二单层线圈14有第三引线端17和第四引线端18。
两个单层线圈7、14由漆包线绕制而成，线圈内径为300-1000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-100匝。微通道2直径为100-300微米，微通道2成直线型，从两个单层线圈7、14内孔穿过，微通道2位置紧贴两个单层线圈7、14的内孔边缘。两个单层线圈7、14之间的距离是0-1000微米。
测量模式切换单元11通过改变两个单层线圈7、14的四个引线端之间不同的连接方式来切换不同的测量模式，包括电容测量模式和电感-电阻测量模式。激励-检测单元12通过绝缘导线8与测量模式切换单元11连接，以给所述两个单层线圈7、14以高频交流电激励。
参见图4和图5，本发明的感抗式油液检测系统，可以通过以下操作方式实行测量模式的切换，具体的：
将第一单层线圈7的第一引线端15和第二引线端16通过绝缘导线8相连，第二单层线圈7的第三引线端17和第四引线端18通过绝缘导线8相连，然后再将这两个连接口通过绝缘导线8分别与电源正负极相连，此时的模式是电容测量模式。
电容测量模式下，通过激励-检测单元12给两个单层线圈7、14以高频交流电激励，可以测量单层线圈7、14的电容信号，当油液中的水滴经过传感单元5时，由于水的相对介电常数大于油液的相对介电常数，将产生正向的电容信号脉冲，当油液中的气泡经过传感单元5时，由于空气的相对介电常数小于油液的相对介电常数，将产生负向的电容信号脉冲，从而实现对油液中的水滴和气泡的区分检测。
将第一单层线圈7的第一引线端15和第二单层线圈14的第三引线端17通过绝缘导线8相连，第一单层线圈7的第二引线端16和第二单层线圈7的第四引线端18通过绝缘导线8相连，然后再将这两个连接口通过绝缘导线8分别与电源正负极相连，此时的模式是电感-电阻测量模式。
电感-电阻测量模式下，通过激励-检测单元12给两个单层线圈7、14以高频交流电激励，当铁磁性颗粒经过传感单元5时，由于磁化作用将产生正向的电感信号脉冲，当非铁磁性颗粒经过传感单元时，由于涡流作用将产生负向的电感信号脉冲和正向的电阻信号脉冲，从而实现对油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的区分检测。
电容测量模式下，激励-检测单元12给两个单层线圈7、14的高频交流电为1-2V，0.1-2MHz。
电感-电阻测量模式下，激励-检测单元12给两个单层线圈7、14的高频交流电为1-2V，0.8-2MHz。
实施例二：
参见图1和图6，本发明的感抗式油液检测系统的制作方法总共分为三步，具体的：
第一步，制作检测装置。首先将微通道模具和两个单层线圈7、14按既定的位置固定在基底3上；然后往基底3上倒上模型材料4，使模型材料4固化；最后将微通道模具从固化后的模型材料4中抽出，用打孔器在微通道2两端打孔，形成微通道入口1和微通道出口6，到此即完成了检测装置的制作。上述基底3的材料为玻璃。两个单层线圈7、14的四个引线端布置在模型材料4外部，不被模型材料4浇注。模型材料4为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。
第二步，将制作好的检测装置通过绝缘导线与测量模式切换单元11连接。
第三步，再通过绝缘导线将测量模式切换单元11与激励-检测单元12连接，即完成了感抗式油液检测系统的搭建。
使模型材料4固化的方法可以是将其放在80℃的烘箱中烘烤1小时。
综上所述，利用测量模式切换单元，通过改变检测装置中传感单元的两个正对单层线圈的四个引线端之间不同的连接方式，并通过激励-检测单元给两个单层线圈以高频交流电激励，来切换不同的测量模式，使其在电容测量模式下能够实现对120微米的水滴和200微米的气泡的检测，在电感-电阻测量模式下能够实现对60微米的铁颗粒和120微米的铜颗粒的检测，从而对油液中的水滴、气泡、铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒四类颗粒污染物进行区分检测。

Claims (9)

1.一种感抗式油液检测系统，包括检测装置和激励-检测单元，其特征在于：
所述检测装置包括一个微流控芯片和一个传感单元，微流控芯片包括微通道入口、微通道和微通道出口；
传感单元由两个相同的第一单层线圈和第二单层线圈组成，两个单层线圈正对排布，所述微通道从所述两个单层线圈内孔穿过；所述第一单层线圈有第一引线端和第二引线端，所述第二单层线圈有第三引线端和第四引线端；
所述感抗式油液检测系统还包括测量模式切换单元，测量模式切换单元通过改变两个单层线圈的四个引线端之间不同的连接方式来切换不同的测量模式；
激励-检测单元通过绝缘导线与测量模式切换单元连接，以给所述两个单层线圈以高频交流电激励；
所述微通道成直线型，从所述两个单层线圈内孔穿过，所述微通道位置紧贴所述两个单层线圈的内孔边缘。
2.如权利要求1所述的感抗式油液检测系统，其特征在于：
微流控芯片还包括基底和模型材料，基底放置在微通道的底部用于固定微流控芯片和传感单元，模型材料浇注在所述微流控芯片和所述传感单元的外部。
3.如权利要求1所述的感抗式油液检测系统，其特征在于：
所述两个单层线圈之间的距离是0-1000微米。
4.如权利要求1所述的感抗式油液检测系统，其特征在于：
所述单层线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为300-1000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-100匝，所述微通道直径为100-300微米。
5.如权利要求2所述的感抗式油液检测系统，其特征在于：
所述基底的材料为玻璃。
6.如权利要求1所述的感抗式油液检测系统，其特征在于：
所述测量模式切换单元可以使所述感抗式油液检测系统在电容测量模式和电感-电阻测量模式之间切换，所述电容测量模式为将所述第一单层线圈的第一引线端和第二引线端相连，所述第二单层线圈的第三引线端和第四引线端相连，然后再将这两个连接口分别与电源正负极相连；
所述电感-电阻测量模式为将所述第一单层线圈的第一引线端和所述第二单层线圈的第三引线端相连，所述第一单层线圈的第二引线端和所述第二单层线圈的第四引线端相连，然后再将这两个连接口分别与电源正负极相连。
7.一种感抗式油液检测系统的制作方法，其特征在于：
制作检测装置，首先将微通道模具和两个单层线圈按既定的位置固定在基底上，两个单层线圈之间的距离是0-1000微米，微通道位置紧贴两个单层线圈的内孔边缘；然后往基底上倒上模型材料，使模型材料固化，再将微通道模具从固化后的模型材料中抽出，用打孔器在微通道两端打孔，形成微通道入口和出口；
将所述两个单层线圈的四个引线端通过绝缘导线与测量模式切换单元连接，测量模式切换单元通过绝缘导线与激励-检测单元连接。
8.如权利要求7所述的感抗式油液检测系统的制作方法，其特征在于：
所述两个单层线圈的四个引线端布置在模型材料外部，不被模型材料浇注。
9.如权利要求7所述的感抗式油液检测系统的制作方法，其特征在于：
所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。
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