CN109100270A - 一种环形微流道油液检测装置及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环形微流道油液检测装置及其制作方法。本发明装置，包括：微流控传感器和测量单元，根据铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒在空间磁场中磁化作用机理的不同，该装置用于检测液压油、滑油等油液中的固体污染物。利用电感检测方法区分污染物的属性。首次设计了环形微流道，其增大了待检油样的通量，缩短检测时间，并在微流道内部放置硅钢片，聚集检测区域空间磁场，增加检测区域磁场强度，提高传感器的检测精度。提出的方法和工艺，制作简单可靠，降低成本。对机器设备进行油液在线监测提供了行之有效的方法，并且可以对机器设备进行故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及船舶设备液压系统故障检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种环形微流道油液检测装置及其制作方法。
背景技术
油液检测分析技术是对机械设备内的油液(液压油、润滑油等)中的理化性能和污染物颗粒进行定量和定性的分析。压油污染物反映整个液压系统的工作状态，固体颗粒污染物粒径在20微米以下，是正常允许的污染范围，一旦机械发生异常磨损，产生的固体颗粒粒径迅速增大，甚至达到100微米以上，易产生危险工况，造成系统瘫痪。目前已经有一系列污染物快速检测方法，基于其原理不同，相应的有多种方法。例如声波检测法、光学检测法、电感检测法和电容检测法等。声波检测法和光学检测法检测精度高，前者易受到噪声和震动等条件影响，后者易受到温度和油液渗透性等环境影响。电感检测法可以区分铁磁性和非铁磁性颗粒，受环境影响因素小。
中国专利CN202066832U公开了一种电感式磨粒监测装置及其测量单元，其中的装置包括测量单元以及分析单元，测量单元包括：绝缘导线，绝缘导线的两端抽头连接分析单元；供待测液体流过的腔体，绝缘导线以螺旋状固定于腔体的内壁上。由于待测液体与绝缘导线直接接触，其间的理论间距为0。此实用新型将待测油液与绝缘导线直接接触，而且能够检测出待测液体中直径在50微米以下的磨损微粒，但是该方法检测油液流量小，检测时间长。
发明内容
根据上述提出的现有技术检测油液流量小，检测时间长的技术问题，而提供一种环形微流道油液检测装置及其制作方法。本发明主要在电感检测法的基础上，开发了一种大通量环形流道，增加了油液检测时油样通过的流量，缩短检测待检油样的时间，而环形微流道内部加入一对硅钢片，其相对导磁率为7000，能够聚集检测区域的磁场，增大磁场强度，提高了检测精度。
本发明采用的技术手段如下：
一种环形微流道油液检测装置，包括微流控传感器和测量单元；所述微流控传感器通过绝缘导线连接所述测量单元；所述微流控传感器包括微流控芯片和传感模块；所述微流控芯片包括玻璃基底和设置在玻璃基底上的芯片主体；所述芯片主体包括：
设置在芯片主体上的一端设置有注油口、另一端设置有出油口的环形微流道；两根外径为300微米的毛细玻璃管将两个对称放置的硅钢片夹紧固定，推入外径为900微米的毛细玻璃管中，再将其放入到由微流道模具灌注形成内径为1500微米的微流道组成所述环形微流道；
传感模块包括内部设置有硅钢片的环形微流道和螺线圈；所述环形微流道从螺线圈中心穿过并与所述螺线圈内壁紧贴；
使用时，待检油样通过注油口输送至环形微流道，流经传感模块的颗粒污染物通过测量单元对所述传感模块施加高频信号激励，同时还对所述传感模块的电压信号进行检测，检测结束后油液通过所述出油口排出。
进一步地，所述螺线圈由漆包线绕制而成，所述漆包线内径为50-200微米，线圈匝数为20-50匝；所述螺线圈内径为1500-2000微米。
本发明还提供了一种环形微流道油液检测方法，其特征在于所述检测方法利用所述的环形微流道油液检测装置实现，且包括如下步骤：
步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过注油口输送至环形微流道；
步骤2：流经传感模块的颗粒污染物通过测量单元对所述传感模块施加高频信号激励，同时还对所述传感模块的电感信号进行检测；
步骤3：根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测。
本发明还提供了一种微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1：将微流道模具穿过螺线圈固定在玻璃基底上；
S2：向玻璃基底灌注模型材料，其中螺线圈外接的漆包线布置在模型材料外部，使其不被模型材料浇注；
S3：将上述浇注模型材料的微流道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；
S4：将微流道模具从加热固化好的模型材料中抽出形成内径为1500微米的微流道，并进行打孔制作注油口和出油口；
S5：制作环形微流道，用两根外径为300微米的毛细玻璃管将两个对称放置的硅钢片夹紧固定，再推入外径为900微米的毛细玻璃管中，灌注模型材料，将其与内径为1500微米的微流道连接形成环形微流道。
进一步地，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的环形微流道油液检测装置，通过环形微流道增加了检测油液的通量，缩短检测油液的时间。
2、通过在环形微流道内部设置硅钢片能够增加检测区域内部磁场，提升检测的精度，对于铁颗粒，提升检测精度到20微米以下，对于铜颗粒检测精度提升到70微米以下。
综上，应用本发明的技术方案，本发明设计了一种环形微流道，该环形微流道不仅增加了检测油液的通量，缩短检测油液的时间，而且流道内部中增加一对硅钢片，提升了电感检测的精度。因此，本发明的技术方案解决了现有技术中现有的油液检测技术中检测油液流量小和检测精度不足的问题。
基于上述理由本发明可在船舶设备液压系统故障检测等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明检测装置结构图。
图2是环形微流道纵剖图。
图3是微流控传感器剖面图。
图4是环形微流道连接制作工艺图。
图5是环形微流道油液检测装置的检测20微米铁颗粒信号图。
图6是环形微流道油液检测装置的检测70微米铜颗粒信号图。
图7是本发明检测方法流程图。
图8是本发明微流控芯片的制作方法流程图。
图中：1、注油口；2、出油口；3、玻璃基底；4、螺线圈；5、环形微流道；6、传感模块；7、900微米毛细玻璃管；8、硅钢片；9、300微米毛细玻璃管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种环形微流道油液检测装置，包括微流控传感器和测量单元；所述微流控传感器通过绝缘导线连接所述测量单元；所述微流控传感器包括微流控芯片和传感模块6；所述微流控芯片包括玻璃基底3和设置在玻璃基底3上的芯片主体；所述芯片主体包括：
设置在芯片主体上的一端设置有注油口1、另一端设置有出油口2的环形微流道5；如图2、3所示，两根外径为300微米的毛细玻璃管9将两个对称放置的硅钢片8夹紧固定，推入外径为900微米的毛细玻璃管7中，再将其放入到由微流道模具灌注形成内径为1500微米的微流道组成环形微流道5；传感模块包括内部设置有硅钢片8的环形微流道5和螺线圈4；环形微流道5从螺线圈4中心穿过并与螺线圈4内壁紧贴。螺线圈4由漆包线绕制而成，漆包线内径为50-200微米，线圈匝数为20-50匝；螺线圈4内径为1500-2000微米。
使用时，待检油样通过注油口1输送至环形微流道5，流经传感模块6的颗粒污染物通过测量单元对传感模块6施加高频信号激励，同时还对传感模块6的电感信号进行检测，检测结束后油液通过所述出油口排出。如图5所示，当20微米铁颗粒经过传感模块6，记录的电感信号的变化，如图6所示，当70微米铜颗粒经过传感模块6，记录的电感信号的变化。
如图7所示，本发明提供了一种环形微流道油液检测方法，所述检测方法利用环形微流道油液检测装置实现，且包括如下步骤：
步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过注油口输送至环形微流道；
步骤2：流经传感模块的颗粒污染物通过测量单元对所述传感模块施加高频信号激励，同时还对所述传感模块的电感信号进行检测；
步骤3：根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测。
如图8所示，本发明提供了一种微流控传感器的制作方法，包括以下步骤：
S1：将微流道模具穿过螺线圈固定在玻璃基底上；
S2：向玻璃基底灌注模型材料，其中螺线圈外接的漆包线布置在模型材料外部，使其不被模型材料浇注；
S3：将上述浇注模型材料的微流道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；
S4：将微流道模具从加热固化好的模型材料中抽出形成内径为1500微米的微流道，并进行打孔制作注油口和出油口；
S5：制作环形微流道，用两根外径为300微米的毛细玻璃管将两个对称放置的硅钢片夹紧固定，再推入外径为900微米的毛细玻璃管中，灌注模型材料，将其与内径为1500微米的微流道连接形成环形微流道。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种环形微流道油液检测装置，其特征在于，包括微流控传感器和测量单元；所述微流控传感器通过绝缘导线连接所述测量单元；所述微流控传感器包括微流控芯片和传感模块；所述微流控芯片包括玻璃基底和设置在玻璃基底上的芯片主体；所述芯片主体包括：
设置在芯片主体上的一端设置有注油口、另一端设置有出油口的环形微流道；两根外径为300微米的毛细玻璃管将两个对称放置的硅钢片夹紧固定，推入外径为900微米的毛细玻璃管中，再将其放入到由微流道模具灌注形成内径为1500微米的微流道组成所述环形微流道；
所述传感模块包括内部设置有硅钢片的环形微流道和螺线圈；所述环形微流道从螺线圈中心穿过并与所述螺线圈内壁紧贴；
使用时，待检油样通过注油口输送至环形微流道，流经传感模块的颗粒污染物通过测量单元对所述传感模块施加高频信号激励，同时还对所述传感模块的电感信号进行检测，检测结束后油液通过所述出油口排出。
2.根据权利要求1所述的环形微流道油液检测装置，其特征在于，所述螺线圈由漆包线绕制而成，所述漆包线内径为50-200微米，线圈匝数为20-50匝；所述螺线圈内径为1500-2000微米。
3.一种环形微流道油液检测方法，其特征在于所述检测方法利用权利要求1所述的环形微流道油液检测装置实现，且包括如下步骤：
步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过注油口输送至环形微流道；
步骤2：流经传感模块的颗粒污染物通过测量单元对所述传感模块施加高频信号激励，同时还对所述传感模块的电感信号进行检测；
步骤3：根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测。
4.根据权利要求3所述的环形微流道油液检测方法，其特征在于，所述颗粒污染物为铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒。
5.一种微流控传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将微流道模具穿过螺线圈固定在玻璃基底上；
S2：向玻璃基底灌注模型材料，其中螺线圈外接的漆包线布置在模型材料外部，使其不被模型材料浇注；
S3：将上述浇注模型材料的微流道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；
S4：将微流道模具从加热固化好的模型材料中抽出形成内径为1500微米的微流道，并进行打孔制作注油口和出油口；
S5：制作环形微流道，用两根外径为300微米的毛细玻璃管将两个对称放置的硅钢片夹紧固定，再推入外径为900微米的毛细玻璃管中，灌注模型材料，将其与内径为1500微米的微流道连接形成环形微流道。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷。
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