CN109470605A - 一种电感式油液检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电感式油液检测传感器，包括微流控检测芯片以及传感单元；利用电感式检测方式，检测油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒。根据铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒在电感检测的方式下作用机理不同，区分铁磁颗粒和非铁磁性颗粒。电感检测信号向上为铁磁性颗粒，电感信号向下为非铁磁性颗粒。本发明专利将磁性纳米颗粒(四氧化三铁)与电感线圈结合，通过线圈内表面磁性纳米颗粒自身的磁性和吸磁作用，提升了检测区域磁场强度，提高了电感式油液检测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及油液检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种电感式油液检测传感器。
背景技术
磨损是导致各类机器设备工作异常和失效最常见的故障形式之一,设备内部摩擦和磨损的必然产物——悬浮于润滑系统油液中的磨损微粒，是反映设备内部磨损状况(程度、部位和类型)的重要信息载体。润滑系统和液压系统中出现较大的磨损微粒，会在短时间内造成设备的严重损坏，特别是对于高速、大负荷、振动大和高温工作环境的机械设备。当设备正常工作时，油液中的磨粒浓度稳定在较低的水平，并且磨粒的粒径较小，一般维持在10-20微米之间；当设备发生异常磨损时，油液中磨粒的浓度会显著增加，粒径会骤增至50-100微米之间，如不及时更换液压油，粒径和浓度都会逐渐增大，当达到一定程度时便会发生故障，导致设备停止工作。
油液检测技术能对系统中的磨损物质做出准确的区分和检测，不仅可以诊断出系统的故障部位，并且能够对机械设备进行寿命预测，及时更换油液。近些年，针对颗粒计数方法的研究可以根据测量方法的不同分为声波检测法、光学检测法、电容检测法和电感检测法等。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。电容检测法不能区分金属磨粒的性质。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，检测精度较低。
磁性纳米颗粒(四氧化三铁)在生物医学领域应用广泛，它是一种黑色的铁的氧化物纳米粒子，在室温下表现出超顺磁性、具有很高的磁场强度。
发明内容
根据上述提出现有油液检测方法易受到噪声、震动、温度、油液渗透性等因素的影响以及不能区分金属颗粒性质的技术问题，而提供一种电感式油液检测传感器。本发明主要利用一种电感式检测螺线圈，将磁性纳米颗粒与检测螺线圈相结合，在检测线圈内表面均匀涂装磁性纳米颗粒，从而加强了对液压润滑等油液系统中铁磁性和非铁磁性颗粒的检测能力。
本发明采用的技术手段如下：
一种电感式油液检测传感器，包括微流控检测芯片以及传感单元；所述微流控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油液入口、另一端设置有油液出口的微通道；
所述传感单元包括螺线圈和磁性纳米颗粒涂层，所述磁性纳米颗粒涂层通过PDMS胶与螺线圈内表面结合；
使用时，对所述传感单元施加高频信号激励，同时还对所述传感单元的电感信号进行检测，根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分。
进一步地，所述微通道成直线型，微通道从传感单元中心穿过。
进一步地，所述微通道直径为100-300微米，所述螺线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为100-300微米，漆包线线径为40-80微米，匝数为20-40匝。
本发明还提供了一种电感式油液检测方法，所述检测方法利用所述电感式油液检测传感器实现，且包括如下步骤：
步骤S1：将待检测油液通过油液入口输送至微通道；
步骤S2：流经传感单元的待检测油液，通过传感单元施加高频信号激励，根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测；
步骤S3：经过检测后的油液从油液出口排出。
进一步地，所述颗粒污染物为铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒。
本发明还提供了一种电感式油液检测传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：采用绕线机绕制螺线圈；
步骤2：将磁性纳米颗粒与PDMS混合，用金属棒蘸取混合后的PDMS胶并均匀涂抹螺线圈内表面，加热固化后形成磁性纳米颗粒涂层；
步骤3：将制作微通道的模具由螺线圈的中心穿过，固定在玻璃基底上，再将螺线圈接口与绝缘导线连接，最后浇注PDMS并加热固化1小时，形成PDMS基体；
步骤4：抽出制作微通道的模具，制作油液入口和油液出口。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的电感式油液检测传感器在电感检测的基础上，首次将磁性纳米颗粒应用在油液检测传感器方面，提高了电感检测金属颗粒的能力。
2、本发明提供的电感式油液检测传感器，能够检测到30微米的铁磁性金属颗粒，满足油液中产生非正常磨损的所有铁磁性颗粒检测。
3、本发明提供的电感式油液检测传感器，能够检测到油液中70微米以及70微米以上的非铁磁性金属颗粒。
综上，应用本发明的技术方案采用一种电感式检测螺线圈，将磁性纳米颗粒与检测螺线圈相结合，在检测螺线圈内表面均匀涂装磁性纳米颗粒，从而加强了对液压润滑等油液系统中铁磁性和非铁磁性颗粒的检测能力。因此，本发明的技术方案解决了现有技术中的现有油液检测方法易受到噪声、震动、温度、油液渗透性等因素的影响以及不能区分金属颗粒性质的问题。
基于上述理由本发明可在油液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为本发明的传感器结构图。
图2为本发明传感器的纵剖图。
图3为本发明传感器的传感单元横截面图。
图4是电感检测30微米铁颗粒图。
图5是电感检测70微米铜颗粒图。
图中：1、油液入口；2、油液出口；3、微通道；4、传感单元；5、玻璃基底；6、PDMS基体；7、螺线圈；8、磁性纳米颗粒涂层；9、磁性纳米颗粒。
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、2、3所示，本发明提供了一种电感式油液检测传感器，包括微流控检测芯片以及传感单元4；所述微流控检测芯片包括玻璃基底5和设置在玻璃基底5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油液入口1、另一端设置有油液出口2的微通道3；微通道3成直线型，微通道3从传感单元4中心穿过。微通道3直径为100-300微米。
所述传感单元4包括螺线圈7和磁性纳米颗粒涂层8，所述磁性纳米颗粒涂层8通过PDMS胶与螺线圈7内表面结合。磁性纳米颗粒(四氧化三铁)本身具有顺磁性，由于其在线圈内表面分布是不连续的，不会产生磁屏蔽，相反的，其相对导磁率较高，能将磁场聚集在微通道上，增加检测区域的磁场强度以提高检测能力。螺线圈7由漆包线绕制而成，线圈内径为100-300微米，漆包线线径为40-80微米，匝数为20-40匝。
本发明还提供了一种电感式油液检测传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：采用绕线机绕制螺线圈；
步骤2：将磁性纳米颗粒与PDMS混合，用金属棒蘸取混合后的PDMS胶并均匀涂抹螺线圈内表面，加热固化后形成磁性纳米颗粒涂层；
步骤3：将制作微通道的模具由螺线圈的中心穿过，固定在玻璃基底上，再将螺线圈接口与绝缘导线连接，最后浇注PDMS并加热固化1小时，形成PDMS基体；
步骤4：抽出制作微通道的模具，制作油液入口和油液出口。
实施例
本发明还提供了一种电感式油液检测方法，所述检测方法利用所述电感式油液检测传感器实现，且包括如下步骤：
步骤S1：将待检测油液通过油液入口输送至微通道；
步骤S2：流经传感单元的待检测油液，通过传感单元施加高频信号激励，根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测；如图4所示，该传感器检测金属磨粒时，磨粒在螺线圈产生的交变磁场中产生磁化作用，铁磁性颗粒磁化后产生新的磁场，方向和线圈磁场一致，检测的电感信号显示向上增大；如图5所示，非铁磁性颗粒通过时，内部产生的涡流作用大于磁化作用，会产生与原磁场方向相反的信号，在检测时电感信号显示向下增大；以此区别区分铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒。
步骤S3：经过检测后的油液从油液出口排出。
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)
1.一种电感式油液检测传感器，其特征在于，包括微流控检测芯片以及传感单元；所述微流控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油液入口、另一端设置有油液出口的微通道；
所述传感单元包括螺线圈和磁性纳米颗粒涂层，所述磁性纳米颗粒涂层通过PDMS胶与螺线圈内表面结合；
使用时，对所述传感单元施加高频信号激励，同时还对所述传感单元的电感信号进行检测，根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分。
2.根据权利要求1所述的电感式油液检测传感器，其特征在于，所述微通道成直线型，微通道从传感单元中心穿过。
3.根据权利要求1或2所述的电感式油液检测传感器，其特征在于，所述微通道直径为100-300微米，所述螺线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为100-300微米，漆包线线径为40-80微米，匝数为20-40匝。
4.一种电感式油液检测方法，其特征在于所述检测方法利用权利要求1所述的电感式油液检测传感器实现，且包括如下步骤：
步骤S1：将待检测油液通过油液入口输送至微通道；
步骤S2：流经传感单元的待检测油液，通过传感单元施加高频信号激励，根据检测结果实现对油液中颗粒污染物的区分检测；
步骤S3：经过检测后的油液从油液出口排出。
5.根据权利要求4所述的电感式油液检测方法，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。
6.一种电感式油液检测传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用绕线机绕制螺线圈；
步骤2：将磁性纳米颗粒与PDMS混合，用金属棒蘸取混合后的PDMS胶并均匀涂抹螺线圈内表面，加热固化后形成磁性纳米颗粒涂层；
步骤3：将制作微通道的模具由螺线圈的中心穿过，固定在玻璃基底上，再将螺线圈接口与绝缘导线连接，最后浇注PDMS并加热固化1小时，形成PDMS基体；
步骤4：抽出制作微通道的模具，制作油液入口和油液出口。
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