CN109115838A - 一种多参数油液检测装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种多参数油液检测装置及其制作方法，用于区分检测油液中的铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡。基于微流控芯片的制作方法，首次在微流道正中心填充金属杆，引入了电容检测模式；首次将环形流道设置在微流体芯片中，充分利用了平面电感线圈的内孔，保证了金属颗粒物通过检测最为灵敏的区域，可以在保证检测精度的同时提高了芯片的检测通量；该芯片采用了竖直式流道降低油液中的污染物在流道壁上的粘附概率，有效的防止了污染物在流道中的沉积堵塞。该芯片可以完成对滑油、液压油中多种颗粒污染物的区分检测，对机器设备进行油液综合快速检测提供了新的方法，可以对机器设备进行故障诊断。

Description

一种多参数油液检测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及设备油液系统故障检测领域技术领域，具体而言，尤其涉及一种多参数油液检测装置及其制作方法。

背景技术

液压系统故障是由于液压油的污染造成的，液压油中污染物主要来源于液压系统内部残留和生成的污染物以及外界侵入的污染物，污染物主要为固体颗粒、水分和气泡。对油液中污染物的检测，不但可以准确评估液压系统的运行状态，还可以根据污染物的性质诊断系统故障。针对油液颗粒污染物进行在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。光学检测法具有检测灵敏度高、速度快的特点，但其易受油液透光度的影响，且无法区分颗粒污染物的属性。声学检测法易受背景噪声和油温波动的干扰，并且超声波会将颗粒物分裂成更小的颗粒，造成油液的二次污染。电感法可以区分检测铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒，但其无法检测非金属颗粒物。电容法检测精度高，可以区分检测液压油中的气泡，但无法区分金属磨粒。以上这些方法都只能对油液中的某一种或两种属性的颗粒进行检测，不能进行综合检测。

发明内容

根据上述提出的现有技术只能对油液中的某一种或两种属性的颗粒进行检测，不能进行综合检测的技术问题，而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油液检测装置及其制作方法。本发明中的微流体检测芯片在保证检测精度的同时提高了芯片的检测通量，而且能够降低油液中污染物在流道壁上的粘附概率。

本发明采用的技术手段如下：

一种多参数油液检测装置，包括微流体检测芯片和测量模式切换单元；所述微流体检测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圆锥形微流道入口、另一端设置有微流道出口的圆环形微流道以及传感模块；

所述传感模块包括平面电感线圈和金属杆；所述圆环形微流道从平面电感线圈的内孔垂直穿过且紧贴平面电感线圈的内孔边缘，所述圆环形微流道正中心设置有金属杆；

使用时，所述测量模式切换单元给所述平面电感线圈和金属杆施加高频交流电激励；所述测量模式切换单元通过改变平面电感线圈的两个引线端和金属杆之间的连接方式来切换测量模式，所述测量模式包括电容测量模式和电感-电阻测量模式；

当油液污染物为铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，多参数油液检测装置处于电感-电阻测量模式，将所述平面电感线圈的第一引线端通过绝缘导线与电源正极连接；所述第二引线端通过绝缘导线与电源负极连接；

当油液污染物为水滴和气泡时，多参数油液检测装置处于电容测量模式，所述平面电感线圈作为圆柱电容器外极板，所述金属杆作为圆柱电容器内极板，将所述平面电感线圈的第一引线端或第二引线端通过所述绝缘导线与电源正极连接，第三引线端通过绝缘导线与电源负极连接。

进一步地，所述平面电感线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为500-2000微米，所述漆包线线径为50-200微米，匝数为20-400匝。

进一步地，所述圆环形微流道为外径500-2000微米，内径为100-1600微米。

进一步地，所述金属杆直径为100-1600微米；所述金属杆的材质必须为非铁磁性金属材料。

本发明还提供了多参数油液检测方法，所述检测方法利用所述的多参数油液检测装置实现，且包括如下步骤：

步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过圆锥形微流道入口输送至圆环形微流道；

步骤2：在检测流经传感模块的油液污染物中的铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，所述测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电感电阻测量模式，所述测量模式切换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阻和电感信号进行检测；在检测流经传感模块的油液污染物中的水滴和气泡时，所述测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电容测量模式，所述测量模式切换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容信号进行检测；

步骤3：根据检测结果实现对油液中污染物的区分检测。

本发明还提供了一种微流体检测芯片的制作方法，所述制作方法基于多参数油液检测装置中的微流体检测芯片，且包括以下步骤：

S1：将微流道模具、锥形流道入口模具和一个平面电感线圈按既定的位置固定在玻璃基底上；

S2：向玻璃基底灌注模型材料，其中平面电感线圈的两个引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，用打孔器在微流道一端打孔，形成微流道出口；再向微流道正中心插入金属杆并用固定物固定，形成圆环形微流道。

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、本发明公开的多参数油液检测装置，通过在芯片中的微流道正中心插入金属棒，引入了电容参数检测，并形成了环状流道。通过切换不同的测量模式，使其在电容测量模式下能够实现对50微米的水滴和120微米的气泡的检测，在电感-电阻测量模式下能够实现对40微米的铁颗粒和140微米的铜颗粒的检测，从而可实现区分检测油液中的水滴、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；

2、环形流道的设计可以在确保电感参数检测精度的同时，提高了检测通量；且竖直式流道的引入有效防止了污染物在流道中的沉积堵塞。

综上，应用本发明的技术方案，本发明设计了一种多参数油液检测装置，该装置不仅提高了检测通量；且竖直式流道的引入有效防止了污染物在流道中的沉积堵塞。因此，本发明的技术方案解决了现有技术中对油液中的某一种或两种属性的颗粒进行检测，不能进行综合检测的技术问题。

基于上述理由本发明可在设备油液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是传感模块正视图。

图3是传感模块侧视图。

图4是电感-电阻测量模式原理图。

图5是电容测量模式原理图。

图6是本发明装置对50-60微米水滴检测的信号图。

图7是本发明装置对40-50微米铁颗粒检测的信号图。

图8是本发明装置对120-140微米气泡检测的信号图。

图9是本发明装置对140-150微米铜颗粒检测的信号图。

图10是本发明装置检测方法流程图。

图11是本发明微流体检测芯片的制作方法流程图。

图中：1、圆锥形微流道入口；2、圆环形微流道；3、传感模块；4、微流道出口；5、金属杆；6、玻璃基底；7、芯片主体；8、玻璃管；9、平面电感线圈；10、第一引线端；11、第二引线端；12、第三引线端；13、绝缘导线

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，本发明提供了一种多参数油液检测装置，包括微流体检测芯片和测量模式切换单元；微流体检测芯片包括玻璃基底6和设置在玻璃基底6上的芯片主体7；芯片主体7包括：

设置在芯片主体7上的一端设置有圆锥形微流道入口1、另一端设置有微流道出口4的圆环形微流道2以及传感模块3；玻璃管8正中心设置有金属杆组成圆环形微流道2；提高线圈内孔的利用率，增大了流道截面面积，从而提高了检测通量。

如图2、3所示，传感模块3包括平面电感线圈9和金属杆5；圆环形微流道2从平面电感线圈9的内孔垂直穿过且紧贴平面电感线圈9的内孔边缘；

使用时，所述测量模式切换单元给所述平面电感线圈和金属杆施加高频交流电激励；所述测量模式切换单元通过改变平面电感线圈的两个引线端和金属杆之间的连接方式来切换测量模式，所述测量模式包括电容测量模式和电感-电阻测量模式；

如图4所示，当油液污染物为铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，多参数油液检测装置处于电感-电阻测量模式，将平面电感线圈9的第一引线端10通过绝缘导线与电源正极连接；第二引线端11通过绝缘导线与电源负极连接。检测油液中的铁磁性和非铁磁性金属颗粒时，通过测量模式切换单元将测量模式切换为电感-电阻测量模式，当带有金属颗粒污染物的油液由圆环形微流道2经过传感模块3时，测量模式切换单元给平面电感线圈9以既定电压和频率的交流电激励，同时能够检测平面电感线圈9的电感和电压变化，完成对传感模块3的电感和电阻信号的采集，从而实现对油液中铁磁性和非铁磁性金属颗粒的区分检测。

如图7所示，当40-50微米的铁磁性颗粒经过传感模块3时，由于磁化作用将产生正向的电感信号脉冲，如图9所示，当140-150微米的铜颗粒经过传感模块3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。

如图5所示，当油液污染物为水滴和气泡时，多参数油液检测装置处于电容测量模式，平面电感线圈9作为圆柱电容器外极板，所述金属杆5作为圆柱电容器内极板，将所述平面电感线圈9的第一引线端10或第二引线端11通过所述绝缘导线与电源正极连接，第三引线端12通过绝缘导线与电源负极连接；检测油液中的水滴和气泡时，通过测量模式切换单元将测量模式切换为电容测量模式，当带有水滴和气泡的油液由圆环形微流道2经过传感模块3时，测量模式切换单元给平面电感线圈9和金属杆5以既定电压和频率的交流电激励，同时能够检测平面电感线圈9和金属杆5所组成的圆柱极板电容器的电容变化，完成对传感模块3的电容信号的采集，从而实现对油液中水滴和气泡的区分检测。

如图6所示，当油液中50-60微米的水滴经过传感模块3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；如图8所示，当油液中120-140微米的气泡经过传感模块3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。

如图10所示，本发明提供了一种多参数油液检测方法，所述检测方法利用所述的多参数油液检测装置实现，且包括如下步骤：

步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过圆锥形微流道入口1输送至圆环形微流道2；

步骤2：在检测流经传感模块3的油液污染物中的铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电感电阻测量模式，测量模式切换单元对所述传感模块3施加高频信号激励，同时还对传感模块3的电阻和电感信号进行检测；在检测流经传感模块3的油液污染物中的水滴和气泡时，测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电容测量模式，测量模式切换单元对传感模块3施加高频信号激励，同时还对传感模块3的电容信号进行检测；

步骤3：根据检测结果实现对油液中污染物的区分检测。

如图11所示，本发明提供了一种微流体检测芯片的制作方法，所述制作方法基于高灵敏度油液检测装置中的微流体检测芯片，且包括以下步骤：

S1：将微流道模具、锥形流道入口模具和一个平面电感线圈9按既定的位置固定在所述玻璃基底6上；

S2：向玻璃基底6灌注模型材料，其中平面电感线圈9的第一引线端10和第二引线端11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，用打孔器在微流道一端打孔，形成微流道出口4；再向微流道正中心玻璃管中插入金属杆并用固定物固定，形成圆环形微流道2。

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 (7)

1.一种多参数油液检测装置，其特征在于，包括微流体检测芯片和测量模式切换单元；所述微流体检测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圆锥形微流道入口、另一端设置有微流道出口的圆环形微流道以及传感模块；

所述传感模块包括平面电感线圈和金属杆；所述圆环形微流道从平面电感线圈的内孔垂直穿过且紧贴平面电感线圈的内孔边缘，所述圆环形微流道正中心设置有金属杆；

使用时，所述测量模式切换单元给所述平面电感线圈和金属杆施加高频交流电激励；所述测量模式切换单元通过改变平面电感线圈的两个引线端和金属杆之间的连接方式来切换测量模式，所述测量模式包括电容测量模式和电感-电阻测量模式；

当油液污染物为铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，多参数油液检测装置处于电感-电阻测量模式，将所述平面电感线圈的第一引线端通过绝缘导线与电源正极连接；所述第二引线端通过绝缘导线与电源负极连接；

当油液污染物为水滴和气泡时，多参数油液检测装置处于电容测量模式，所述平面电感线圈作为圆柱电容器外极板，所述金属杆作为圆柱电容器内极板，将所述平面电感线圈的第一引线端或第二引线端通过所述绝缘导线与电源正极连接，第三引线端通过绝缘导线与电源负极连接。

2.根据权利要求1所述的多参数油液检测装置，其特征在于，所述平面电感线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为500-2000微米，所述漆包线线径为50-200微米，匝数为20-400匝。

3.根据权利要求1所述的多参数油液检测装置，其特征在于，所述圆环形微流道为外径500-2000微米，内径为100-1600微米。

4.根据权利要求1所述的多参数油液检测装置，其特征在于，所述金属杆直径为100-1600微米；所述金属杆由非铁磁性金属材料制成。

5.一种多参数油液检测方法，其特征在于所述检测方法利用权利要求1所述的多参数油液检测装置实现，且包括如下步骤：

步骤1：将含有颗粒污染物的油液通过圆锥形微流道入口输送至圆环形微流道；

步骤2：在检测流经传感模块的油液污染物中的铁磁性金属颗粒和非铁磁性金属颗粒时，所述测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电感电阻测量模式，所述测量模式切换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阻和电感信号进行检测；在检测流经传感模块的油液污染物中的水滴和气泡时，所述测量模式切换单元将装置的测量模式切换为电容测量模式，所述测量模式切换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容信号进行检测；

步骤3：根据检测结果实现对油液中污染物的区分检测。

6.一种微流体检测芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法基于权利要求1所述的检测装置，且包括以下步骤：

S1：将微流道模具、锥形流道入口模具和一个平面电感线圈按既定的位置固定在玻璃基底上；

S2：向玻璃基底灌注模型材料，其中平面电感线圈的两个引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，用打孔器在微流道一端打孔，形成微流道出口；再向微流道正中心插入金属杆并用固定物固定，形成圆环形微流道。

7.根据权利要求6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。