CN108645759A - 一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属颗粒检测领域，特别涉及一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置和方法。该装置包括微动操作模块、加热模块及显微成像模块，微动操作模块利用延伸臂夹紧纤维并控制纤维在加热模块作用范围内移动；加热模块对金属微颗粒和纤维进行加热，利用熔化状纤维包裹单一金属微颗粒实现固定；显微成像模块实时监测金属颗粒和尼龙纤维末端的位置和状态，指引微动操作模块工作。本发明结构简单、易实现，可将金属颗粒嵌入尼龙纤维内部，牢固可靠，不易脱落；可以实现对微小颗粒的固定，最小颗粒可达几微米；固定的金属颗粒可以实现人为的操控并且可以重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及金属颗粒检测领域，特别涉及一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置和方法。
背景技术
我国90％以上的国际贸易量是通过船舶运输完成的，船舶设备一旦发生故障，将严重影响航运周期，造成经济损失、人身伤亡和海洋环境污染。而据统计，约有80％的设备故障是由磨粒诱导发生的。
磨粒是设备磨损的主要产物，根据摩擦学理论，随着船舶动力装置磨损的加剧，磨粒的尺寸会逐渐增大，同时，不同的磨损类型(如磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损等)产生的磨粒形状也不同。为了提高抗磨性能，船舶动力装置各摩擦副部件通常由不同材料制成，因而不同部件产生的磨粒材料种类也不同，因此磨粒的特征信息(尺寸、形状和种类等)反映了装置的磨损程度、磨损类型和磨损部位。对润滑油中的磨粒进行检测对船舶动力装置运行状态监测与故障智能诊断具有重要意义。
目前油液颗粒的检测方法，主要有理化分析法、铁谱分析法、光谱分析法和电磁检测法等。理化分析属于传统的油品检测方法，样品消耗量大，运行体系和测试流程复杂；铁谱分析法可以定量分析金属颗粒的形貌和数量，判断磨损类型，准确预测机器润滑部位磨损状态和潜在故障，但对取样要求苛刻，对突发性事故的检测效果差，且判断过程过于依赖人的经验；光谱分析法可以迅速地得到润滑油中各种元素种类和含量，分析准确且适合大量数据采集，适用于设备早期监测，对超过10μm以上的较大磨粒无能为力；越来越多人开始把目光聚焦在电磁检测上，通过检测磨粒经过传感器时引起线圈阻抗的变化量判断颗粒的尺寸、数量和类型等。
在电磁检测中，为了能够使检测结果准确反映颗粒的尺寸、数量和类型等特征，所以需要从研究单个颗粒对电磁传感器的影响入手，确定磨粒属性、大小及流经速率等因素对检测传感器的具体影响效果，以便进行定量分析。定量分析单个磨粒尺寸与电磁传感器输出信号的关系成为了电磁检测技术的关键问题，在实际操作中，颗粒尺寸太小，难以被操控，导致实验中难以对单一颗粒尺寸进行定量分析，基于以上原因，目前众多学者提出了不同的解决办法。
为了定量分析颗粒尺寸与输出信号强度的关系，Li Du等人将金属颗粒用胶粘在纤维的一端，这样就可以操纵颗粒重复通过检测通道，获得多组数据。目前由实验可知，减小检测线圈内径可提高金属磨粒检测精度，但较小的线圈内径限制了可通过线圈物体的尺寸。当线圈内径为300-400um时，采用胶粘的纤维一端已经无法通过传感器，因为胶体在纤维一端呈圆球状，其尺寸无法控制在400μm以下。Hong Wei等人为了研究单个磨粒对线圈传感器的影响，将磨粒封装到蜡块中，通过蜡块在通道中的移动实现实验研究。但是蜡块封装技术复杂，而且尺寸较大，难以通过较小线圈。
综上所述，现在需要一种更好的金属微颗粒固定方法，可操纵单个颗粒经过检测传感器，实现颗粒尺寸准确分析和传感器输出信号的多次重复测量。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置和方法，通过将颗粒固定于尼龙纤维一端，实现操纵单个颗粒经过检测传感器并可重复检测的磨粒固定装置和方法。该装置所固定的金属颗粒嵌入到尼龙纤维内部，通过对尼龙纤维的拉动实现对颗粒的控制，颗粒可广泛应于探索不同尺寸颗粒对电磁感应信号强度的影响。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，包括微动操作模块、加热模块及显微成像模块；
微动操作模块包括微动平台底座、微动调节组件和延伸臂，延伸臂通过微动调节组件活动安装在微动平台底座上，延伸臂末端至加热模块上方，延伸臂的末端固定能够嵌入金属颗粒的尼龙纤维；
加热模块包括可升降加热台底座和加热台，加热台为半圆柱体结构，加热台置于可升降加热台底座上，通过可升降加热台底座调节加热台的位置及高度，以实现对尼龙纤维的加热；
显微成像模块包括环形漫射灯和显微镜，其中环形漫射灯置于加热台及尼龙纤维正上方实现对尼龙纤维的无影照明，显微镜正对热台弧面，且显微镜连接外部电脑，通过外部电脑显示器查看。
进一步地，所述微动调节组件包括微动平台上下调节旋钮、微动平台左右调节旋钮和微动平台前后调节旋钮三个调节旋钮，通过三个调节旋钮实现延伸臂在微动平台底座上的上下、前后、左右三维方向移动。
进一步地，所述的三个调节旋钮调节延伸臂在微动平台底座上的三维方向移动的最小距离以微米计量。
进一步地，所述的延伸臂的末端设置有夹紧装置，用于固定尼龙纤维。
进一步地，所述的加热台通过电源线供电提供可控温度，加热台自身能够实现供电加热及温度可控。
进一步地，所述显微镜正对半圆柱体加热台弧面，能够实现焦距、放大倍数及前后、上下、左右位置调节。
一种用于电磁检测的金属颗粒的固定方法，包括以下步骤：
(1)将待固定的金属颗粒均匀散布在能够加热及温度可控的加热台上；
(2)将尼龙纤维沿垂直于加热台方向固定，尼龙纤维固定于一延伸臂末端，且延伸臂能够三维空间上微动调节，使尼龙纤维末端接近加热台弧面上的待固定的金属颗粒；
(3)加热台及尼龙纤维上方设置照明及显微成像装置，用于显示待固定的微小金属颗粒和尼龙纤维末端，便于了解纤维和金属颗粒的位置，调整显微成像装置的位置、焦距，使待固定的金属颗粒清晰显示；
(4)加热台加热并调节加热温度，观察尼龙纤维变化，当尼龙纤维末端开始融化变形时，调节延伸臂使尼龙纤维末端接近待固定金属颗粒，使尼龙纤维压向待固定金属颗粒，将颗粒融入尼龙纤维中；
(5)调节延伸臂使尼龙纤维离开加热台：
(6)待尼龙纤维冷却后，取下嵌入金属颗粒的尼龙纤维并更换新的尼龙纤维，重复上述操作；
(7)待固定的金属颗粒全部固定后，关闭加热台和环形漫射灯，关闭显微成像装置，将微动平台恢复原位。
进一步地，所述的延伸臂通过微动调节组件活动安装在微动平台底座上，微动调节组件包括微动平台上下调节旋钮、微动平台左右调节旋钮和微动平台前后调节旋钮三个调节旋钮，通过三个调节旋钮实现延伸臂在微动平台底座上的上下、前后、左右三维方向移动。
进一步地，所述的三个调节旋钮调节延伸臂在微动平台底座上的三维方向移动的最小距离以微米计量。
进一步地，所述的延伸臂的末端设置有夹紧装置，用于固定尼龙纤维。
进一步地，所述的照明装置采用环形漫射灯，实现无影照明。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
微动操作模块利用延伸臂夹紧纤维并控制纤维在加热模块作用范围内移动；加热模块对金属微颗粒和纤维进行加热，利用熔化状纤维包裹单一金属微颗粒实现固定；显微成像模块实时监测金属颗粒和尼龙纤维末端的位置和状态，指引微动操作模块工作。
本发明结构简单、易实现，可将金属颗粒嵌入尼龙纤维内部，牢固可靠，不易脱落；尼龙纤维包裹颗粒的固定端尺寸主要取决于尼龙纤维的直径，可控制在几十微米范围内，可以实现对微小颗粒的固定，最小颗粒可达几微米；固定的金属颗粒可以实现人为的操控并且可以重复利用；通过对尼龙纤维的拉动实现对颗粒的控制，颗粒可广泛应于探索不同尺寸颗粒对电磁感应信号强度的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中用于电磁检测的金属颗粒固定装置的主视图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明实施例1中用于电磁检测的金属颗粒固定装置的半圆柱体加热台的结构示意图；
图4是本发明实施例1中用于电磁检测的金属颗粒固定装置的环形漫射灯的结构示意图；
图：1、微动平台底座，2、微动平台上下调节旋钮，3、微动平台左右调节旋钮，4、微动平台前后调节旋钮，5、延伸臂，6、夹紧装置，7、尼龙纤维， 8、加热台，9、可升降加热台底座，10、环形漫射灯，11、显微镜。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，包括用于对尼龙纤维进行微尺度调节的微动操作模块、对尼龙纤维进行加热的加热模块及用于放大颗粒图像的显微成像模块三部分。
如图1所示，微动操作模块包括微动平台底座1、微动调节组件和延伸臂5，延伸臂5的末端设置有夹紧装置用以固定能够嵌入金属颗粒的尼龙纤维7，延伸臂5通过微动调节组件活动安装在微动平台底座1上，微动调节组件包括微动平台上下调节旋钮2、微动平台左右调节旋钮3和微动平台前后调节旋钮4三个调节旋钮，通过三个调节旋钮实现延伸臂5在微动平台底座1上的上下、前后、左右三维方向移动，即通过三个调节旋钮实现对固定在延伸臂5末端的纤维在三个维度上的调节，且移动最小距离以微米计量，甚至可达到1微米以下；加热模块包括可升降加热台底座9和加热台8，加热台8为半圆柱体，如图3所示，加热台8置于可升降加热台底座9上，通过可升降加热台底座9调节加热台8 的位置及高度，以实现对尼龙纤维7的加热；加热台8通过电源线供电提供可控温度。
如图2所示，用于放大颗粒图像的显微成像模块包括环形漫射灯10和显微镜11，显微镜11正对半圆柱体加热台8弧面，显微镜11连接外部电脑，通过外部电脑显示器可查看显微镜下图像；环形漫射灯10如图4所示，环形漫射灯10置于加热台8、纤维正上方进行无影照明。
使用上述用于电磁检测的金属颗粒固定装置的金属颗粒固定方法，步骤如下
(1)将待固定的金属颗粒均匀散布在半圆柱体加热台8的弧面上；
(2)将尼龙纤维7沿垂直于水平延伸臂5方向，固定于延伸臂5末端的夹紧装置上，通过调节微动平台上下调节旋钮2、微动平台左右调节旋钮3和微动平台前后调节旋钮4，以微动调整微动平台底座1上的延伸臂，使尼龙纤维7末端接近加热台8弧面上的待固定的颗粒；
(3)打开环形漫射灯10和显微镜11，以及与显微镜11相连的外部电脑，通过电脑显示器查看显微镜11镜头下图像，调整显微镜11的位置、焦距，使金属颗粒清晰显示，进一步调节微动平台三个调节旋钮，使尼龙纤维7末端接近待固定金属颗粒；
(4)打开加热台8开关，调节加热温度，观察尼龙纤维7变化，当尼龙纤维末端开始融化变形时，调节微动平台三个调节旋钮，使尼龙纤维7压向待固定金属颗粒，将颗粒融入尼龙纤维7中；
(5)调节微动平台三个调节旋钮，操控延伸臂5带动尼龙纤维7离开加热台8：
(6)待尼龙纤维7冷却后，取下嵌入金属颗粒的尼龙纤维7并更换新的尼龙纤维7，重复上述操作；
(7)待固定的金属颗粒全部固定后，关闭加热台8和环形漫射灯10，关闭显微镜11及其连接的外部电脑，将微动平台恢复原位。
本发明微动操作模块用于通过对延伸臂5的操控进而实现对纤维7的操控，通过微动平台上下调节旋钮2、微动平台左右调节旋钮3和微动平台前后调节旋钮4三个方向调节旋钮实现对纤维7在三维空间的细微调节，进而接触加热台8 上的待固定金属颗粒，微动平台的最小调节距离为1微米。
加热模块用于对纤维7进行加热，通过调节加热台8温度使纤维7末端熔化，进而将金属颗粒包裹，本加热台8可以实现温度调节。
显微成像模块用于显示待固定的微小金属颗粒和尼龙纤维7末端，便于了解纤维7和金属颗粒的位置，其中环形漫射灯10可以调节亮度，实现对纤维7 的无影照明。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，包括微动操作模块、加热模块及显微成像模块；
微动操作模块包括微动平台底座、微动调节组件和延伸臂，延伸臂通过微动调节组件活动安装在微动平台底座上，延伸臂末端至加热模块上方，延伸臂的末端固定能够嵌入金属颗粒的尼龙纤维；
加热模块包括可升降加热台底座和加热台，加热台为半圆柱体结构，加热台置于可升降加热台底座上，通过可升降加热台底座调节加热台的位置及高度，以实现对尼龙纤维的加热；
显微成像模块包括环形漫射灯和显微镜，其中环形漫射灯置于加热台及尼龙纤维正上方实现对尼龙纤维的无影照明，显微镜正对热台弧面，且显微镜连接外部电脑，通过外部电脑显示器查看。
2.根据权利要求1所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，所述微动调节组件包括微动平台上下调节旋钮、微动平台左右调节旋钮和微动平台前后调节旋钮三个调节旋钮，通过三个调节旋钮实现延伸臂在微动平台底座上的上下、前后、左右三维方向移动。
3.根据权利要求2所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，所述的三个调节旋钮调节延伸臂在微动平台底座上的三维方向移动的最小距离以微米计量。
4.根据权利要求1所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，所述的延伸臂的末端设置有夹紧装置，用于固定尼龙纤维。
5.根据权利要求1所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，所述的加热台通过电源线供电提供可控温度，加热台自身能够实现供电加热及温度可控。
6.根据权利要求1所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定装置，其特征在于，所述显微镜正对半圆柱体加热台弧面，能够实现焦距、放大倍数及前后、上下、左右位置调节。
7.一种用于电磁检测的金属颗粒的固定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待固定的金属颗粒均匀散布在能够加热及温度可控的加热台上；
(2)将尼龙纤维沿垂直于加热台方向固定，尼龙纤维固定于一延伸臂末端，且延伸臂能够三维空间上微动调节，使尼龙纤维末端接近加热台弧面上的待固定的金属颗粒；
(3)加热台及尼龙纤维上方设置环形漫射灯及显微镜，用于显示待固定的微小金属颗粒和尼龙纤维末端，便于了解纤维和金属颗粒的位置，调整显微镜的位置、焦距，使待固定的金属颗粒清晰显示；
(4)加热台加热并调节加热温度，观察尼龙纤维变化，当尼龙纤维末端开始融化变形时，调节延伸臂使尼龙纤维末端接近待固定金属颗粒，使尼龙纤维压向待固定金属颗粒，将颗粒融入尼龙纤维中；
(5)调节延伸臂使尼龙纤维离开加热台：
(6)待尼龙纤维冷却后，取下嵌入金属颗粒的尼龙纤维并更换新的尼龙纤维，重复上述操作；
(7)待固定的金属颗粒全部固定后，关闭加热台和环形漫射灯，关闭显微镜，将微动平台恢复原位。
8.根据权利要求7所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定方法，其特征在于，所述的延伸臂通过微动调节组件活动安装在微动平台底座上，微动调节组件包括微动平台上下调节旋钮、微动平台左右调节旋钮和微动平台前后调节旋钮三个调节旋钮，通过三个调节旋钮实现延伸臂在微动平台底座上的上下、前后、左右三维方向移动。
9.根据权利要求8所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定方法，其特征在于，所述的三个调节旋钮调节延伸臂在微动平台底座上的三维方向移动的最小距离以微米计量。
10.根据权利要求7所述的一种用于电磁检测的金属颗粒固定方法，其特征在于，所述的延伸臂的末端设置有夹紧装置，用于固定尼龙纤维。
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