CN107907507B - 一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法 - Google Patents

一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，激光器输出532 nm单纵模竖直偏振光，依次经过1/2波片变成水平偏振光、通过偏振分光镜及1/4波片后变成圆偏振光，再入射到润滑油样品激发受激布里渊散射；受激布里渊散射信号由其相位共轭特性沿背向返回，再次经过四分之一波片后变成竖直偏振，并依次通过1/4波片变成竖直偏振光、偏振分光镜反射、凸透镜聚光、光栅滤光、F‑P标准具准直，最后ICCD信号采集系统采集受激布里渊散射信号。通过润滑油样品所对应的布里渊散射频移计算润滑油样品中声速，再结合润滑油密度特性参数计算出润滑油样品的弹性模量并最终形成一种高精度的润滑油弹性模量的快速检测方法和技术。

Description

一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法
技术领域
本发明涉及一种激光检测技术领域，具体设计涉及一种布里渊散射激光光谱检测技术领域，属于计算机控制系统领域。
背景技术
弹性模量是工程材料的重要特性参数，而润滑油能对发动机和工业设备起到润滑减磨、辅助冷却降温、密封防漏、防锈防蚀、减震缓冲等作用。同时润滑油的弹性模量可以准确的判断润滑油对发动机和机械设备的润滑效果和使用时限。因此准确测量润滑油弹性模量可以精确控制发动机和机械设备的润滑效果。目前还没有精确和标准化的润滑油弹性模量检测方法，仅有的检测方法也非常复杂且不适合工业应用和科学研究。
布里渊散射光谱由于高精度和相位共轭性特性而广泛应用于高精度光学检测，同时作为一种光学检测方法，操作简单，检测速度快切不损伤检测样品。因此利用布里渊散射光谱对介质的后向散射信号对润滑油的布里渊散射频移进行测量，同时结合润滑油的特性参数可以对润滑油的弹性模量进行精确测量。从而精确地控制发动机和机械设备的润滑效果达到工业生产要求和机械设备维护要求。
发明内容
为了提供一种新型的润滑油弹性模量激光光谱检测技术，本发明提供了一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，激光器输出532nm单纵模竖直偏振光，依次经过1/2波片变成水平偏振光、通过偏振分光镜及1/4波片后变成圆偏振光，再入射到润滑油样品中激发受激布里渊散射；受激布里渊散射信号由其相位共轭特性沿背向(180°)返回，再次经过四分之一波片后变成竖直偏振，并依次通过1/4波片变成竖直偏振光、偏振分光镜反射、凸透镜聚光、光栅滤光、F-P标准具准直，最后ICCD信号采集系统采集受激布里渊散射信号。通过润滑油样品所对应的布里渊散射频移计算润滑油样品中声速，再结合润滑油密度特性参数计算出润滑油样品的弹性模量。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，包括受激布里渊散射探测系统和受激布里渊散射信号采集系统，其特征在于：计算机、激光器、1/2波片、偏振分光镜、1/4波片和润滑油样品组成布里渊散射探测系统；润滑油样品、1/2波片、偏振分光镜、反射镜、凸透镜、光栅、F-P标准具和ICCD组成受激布里渊散射信号采集系统。受激布里渊散射探测系统中，计算机连接Nd:YAG固体激光器，Nd:YAG固体激光器、1/2波片、偏振分光镜、1/4波片和润滑油样品处于同一水平光轴。受激布里渊散射信号采集系统中，润滑油样品、1/4波片和偏振分光镜处于同一水平光轴，经过偏振分光镜和另一个反射镜镜改变光路，反射镜、凸透镜、光栅、F-P标准具和ICCD处于同一水平光轴，ICCD连接计算机。利用ICCD光谱信号通过反演计算方程计算出润滑油样品弹性模量。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射探测系统中激光器是具有固定重复频率的脉冲激光器，激光波长为532nm。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射探测系统中激光器是具有固定重复频率的脉冲激光器，激光波长为532nm。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射探测系统中探测激光入射在润滑油样品中或润滑油样品表面。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射信号采集系统中两个凸透镜各项参数相同，光栅处于同一光轴两个凸透镜中心焦点处。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射信号采集系统中，ICCD的自由光谱范围(Δυ)FSR为19.8MHz。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于ICCD光谱信号中采用自中心辐射方向的N级瑞利信号、N-1级布里渊散射信号和N-1级瑞利信号。
所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于反演计算方程中利用N级瑞利信号rN、N‐1级布里渊散射信号rN-1、N‐1级瑞利信号r'N-1和方程计算润滑油样品受激布里渊散射频移；再利用探测激光波长λ、润滑油样品折射率n和方程计算润滑油样品中声速υS；最后利用润滑油样品折射率ρ和润滑油样品中声速υS和方程计算润滑油样品弹性模量E。
附图说明
图1是本发明的检测方法原理图；
图2是本发明的光谱信号处理图；
图1中，01，计算机02，激光器03，1/2波片04，偏振分光镜05，1/4波片 06，润滑油样品 07，反射镜 08A，凸透镜 09，光栅 08B，凸透镜 10，F‐P标准具 11，ICCD。
图2中，001，N级瑞利信号rN 002，N‐1级布里渊散射信号rN-1 003，N‐1级瑞利信号r'N-1。
具体实施方式
在图1中，一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于：计算机01、激光器02、1/2波片03、偏振分光镜04、1/4波片05和润滑油样品06组成布里渊散射探测系统；润滑油样品06、1/2波片03、偏振分光镜04、反射镜07、凸透镜(08A，08B)、光栅09、F‐P标准具10和ICCD(11)组成受激布里渊散射信号采集系统。受激布里渊散射探测系统中，计算机01控制激光器02输出竖直偏振激光，竖直偏振激光通过1/2波片03变成水平偏振激光、再透过偏振分光镜04、经过1/4波片05变成圆偏振激光，最后激光入射到润滑油样品06激发受激布里渊散射信号。受激布里渊散射信号采集系统中，润滑油样品06产生后向180°受激布里渊散射圆偏振信号、通过1/4波片05变成竖直偏振信号，经过偏振分光镜04反射改变光路到反射镜07再次反射，经过凸透镜08A后通过光栅09滤光，再通过凸透镜08B射入F‐P标准具10，最后由ICCD(11)采集布里渊散射信号，ICCD(11)将信号传输到计算机01，再利用ICCD(11)光谱信号通过反演计算方程计算出润滑油样品弹性模量。
在图2中，一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于：ICCD光谱信号中采用自中心辐射方向的N级瑞利信号rN(001)、N‐1级布里渊散射信号rN-1(002)和N‐1级瑞利信号r'N-1(003)。
动作过程及操作步骤：计算机01控制激光器02输出竖直偏振激光，竖直偏振激光通过1/2波片03变成水平偏振激光、再透过偏振分光镜04、经过1/4波片05变成圆偏振激光，最后激光入射到润滑油样品06激发受激布里渊散射信号。润滑油样品06产生后向180°受激布里渊散射圆偏振信号、通过1/4波片05变成竖直偏振信号，经过偏振分光镜04反射改变光路到反射镜07再次反射，经过凸透镜08A后通过光栅09滤光，再通过凸透镜08B射入F‐P标准具10，最后由ICCD(11)采集布里渊散射信号，ICCD(11)将信号传输到计算机01，再利用ICCD(11)光谱信号中自中心辐射方向的N级瑞利信号rN(001)、N‐1级布里渊散射信号rN-1(002)和N‐1级瑞利信号r'N-1(003)，通过方程计算润滑油样品受激布里渊散射频移；再利用探测激光波长λ、润滑油样品折射率n和方程计算润滑油样品中声速υS；最后利用润滑油样品折射率ρ和润滑油样品中声速υS和方程计算润滑油样品弹性模量E。
本发明公开了一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，包括受激布里渊散射探测系统和受激布里渊散射信号采集系统，其特征在于：激光器输出532nm单纵模竖直偏振光，依次经过1/2波片变成水平偏振光、通过偏振分光镜及1/4波片后变成圆偏振光，再入射到润滑油样品激发受激布里渊散射；受激布里渊散射信号由其相位共轭特性沿背向(180°)返回，再次经过四分之一波片后变成竖直偏振，并依次通过1/4波片变成竖直偏振光、偏振分光镜反射、凸透镜聚光、光栅滤光、F-P标准具准直，最后ICCD信号采集系统采集受激布里渊散射信号。通过润滑油样品所对应的布里渊散射频移计算润滑油样品中声速，再结合润滑油密度特性参数计算出润滑油样品的弹性模量并最终形成一种高精度的润滑油弹性模量的快速检测方法和技术。

Claims (8)

1.一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，包括受激布里渊散射探测系统和受激布里渊散射信号采集系统，其特征在于：计算机、激光器、1/2波片、偏振分光镜、1/4波片和润滑油样品组成布里渊散射探测系统；润滑油样品、1/4波片、偏振分光镜、反射镜、凸透镜、光栅、F-P标准具和ICCD组成受激布里渊散射信号采集系统；
受激布里渊散射探测系统中，计算机连接Nd:YAG固体激光器，Nd:YAG固体激光器、1/2波片、偏振分光镜、1/4波片和润滑油样品处于同一水平光轴；受激布里渊散射信号采集系统中，润滑油样品、1/4波片和偏振分光镜处于同一水平光轴，经过偏振分光镜和反射镜改变光路，反射镜、凸透镜、光栅、F-P标准具和ICCD处于同一水平光轴，ICCD连接计算机，利用ICCD光谱信号通过反演计算方程计算出润滑油样品弹性模量；动作过程及操作步骤：计算机控制激光器输出竖直偏振激光，竖直偏振激光通过1/2波片变成水平偏振激光、再透过偏振分光镜、经过1/4波片变成圆偏振激光，最后激光入射到润滑油样品激发受激布里渊散射信号，润滑油样品产生后向180°受激布里渊散射圆偏振信号、通过1/4波片变成竖直偏振信号，经过偏振分光镜反射改变光路到反射镜再次反射，经过凸透镜后通过光栅滤光，再通过凸透镜射入F-P标准具，最后由ICCD采集布里渊散射信号，ICCD(11)将信号传输到计算机。
2.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于：受激布里渊散射探测系统中激光器是具有固定重复频率的脉冲激光器，激光波长为532nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射探测系统中偏振分光镜对探测激光具有水平偏振光高透低反，对竖直偏振光高反低透。
4.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射探测系统中探测激光入射在润滑油样品中或者润滑油样品表面。
5.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射信号采集系统中两个凸透镜各项参数相同，光栅处于同一光轴两个凸透镜中心焦点处。
6.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于受激布里渊散射信号采集系统中，ICCD的自由光谱范围(Δυ)FSR为20.4MHz。
7.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于ICCD光谱信号中采用自中心辐射方向的N级瑞利信号、N-1级布里渊散射信号和N-1级瑞利信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于布里渊散射光谱的润滑油弹性模量检测方法，其特征在于反演计算方程中利用N级瑞利信号rN、N-1级布里渊散射信号rN-1、N-1级瑞利信号r′N-1和方程计算润滑油样品受激布里渊散射频移；再利用探测激光波长λ、润滑油样品折射率n和方程计算润滑油样品中声速VS；最后利用润滑油样品折射率ρ和润滑油样品中声速VS和方程计算润滑油样品弹性模量E。
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