CN109630502A - 一种多参数油液综合检测装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多参数油液综合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，首次在检测平面电感线圈一侧设置有条形硅钢片，用来增强平面电感线圈周围的磁场，以提高对于金属颗粒物的检测精度；同时条形硅钢片与平面电感线圈可作为电容器的两个极板，从而引入电容参数检测，可用来对油液中的水滴和气泡进行区分检测。该检测装置可以完成对滑油、液压油中的颗粒污染物的综合检测，对机器设备进行油液快速检测提供了新的方法，同时能够实现对机器设备进行故障诊断。

Description

一种多参数油液综合检测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及油液系统故障检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种多参数油液综合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可分为固体颗粒、水分和气泡三类。当液压油中固体颗粒物浓度与粒径过大时，会加剧液压元器件的磨损，降低工作效率；水会降解液压油中的添加剂以致减弱油液的润滑性能，同时水会使油液乳化，腐蚀液压元器件；空气会造成气穴、气蚀现象，从而产生振动和噪声。油液污染物携带着大量机器设备运行信息。因此，液压油颗粒污染物的检测对预防和检查液压机械故障具有重要的意义。针对油液颗粒污染物进行检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。然而上述四种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。如何实现液压油多种污染物的综合检测一直是一个研究热点。现有的一些油液检测装置虽然可以实现油液的综合检测，但也面临着检测精度不足的问题。

发明内容

根据上述提出现有的油液检测装置虽然可以实现油液的综合检测，但其面临着检测精度不足的技术问题，而提供一种多参数油液综合检测装置及其制作方法。本发明装置主要利用微流体检测芯片通过在平面电感线圈旁正对设置一个条形硅钢片，硅钢片与平面电感线圈之间设置有确保液压油通过的检测流道；硅钢片不但可以提高电感参数检测的精度，而且也可以与平面线圈组成电容器的两个极板，实现电容参数检测。

本发明采用的技术手段如下：

一种多参数油液综合检测装置，其特征在于，包括微流体检测芯片、检测模式切换单元以及激励-检测单元；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微通道入口、另一端设置有微通道出口的微通道以及传感单元；

所述传感单元包括一个平面电感线圈和一个条形硅钢片；所述平面电感线圈和条形硅钢片正对放置；所述微通道紧贴平面电感线圈的一侧，且紧贴条形硅钢片端面；所述检测模式切换单元通过绝缘导线与平面电感线圈和硅钢片连接；所述激励-检测单元通过绝缘导线连接所述检测模式切换单元；

使用时，所述检测模式切换单元通过改变平面电感线圈的两个引线端和硅钢片的一个引线端之间的连接方式对电容检测模式和电感检测模式进行相互切换；激励-检测单元对所述平面电感线圈及硅钢片施加高频交流电激励，并检测其电感，电容和电阻信号；

当带有金属颗粒污染物的油液由微通道流经过传感单元时，检测模式切换单元切换到电感检测模式，激励-检测单元给平面电感线圈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的电感和电阻变化，完成对传感单元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；

当带有水滴和气泡的油液由微通道流经过传感单元时，检测模式切换单元会切换到电容检测模式，激励-检测单元给平面电感线圈和硅钢片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和硅钢片组成的电容器的电容和电阻变化，完成对传感单元的电容和电阻信号的采集，从而实现对油液中水滴和气泡的区分检测。

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300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-400匝。

进一步地，所述条形硅钢片的尖端与平面电感线圈正对放置，所述条形硅钢片端面宽为0.1-2毫米，端面长为0.3-4毫米。

进一步地，所述条形硅钢片可由其它导电软磁性材料代替。

进一步地，所述微通道为直径100-2000微米；在平面电感线圈和硅钢片之间通过，且在平面电感线圈的内孔边缘处。

本发明还提供了一种多参数油液综合检测芯片的制作方法，所述检测方法利用所述的多参数油液综合检测装置实现，且包括如下步骤：

S1：将微通道模具、平面电感线圈和条形硅钢片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，其中平面电感线圈和条形硅钢片的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通道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S4：将微通道模具从加热固化好的模型材料中抽出，用打孔器在微通道两端打孔，形成微通道入口和微通道出口。

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：

本发明的多参数油液综合检测装置，通过向平面电感线圈旁正对设置一个条形硅钢片，引入了电容参数检测，可以对液压油中的水滴和气泡进行检测。当处于电感参数检测模式时，硅钢片可加强流道所在区域的磁场强度，从而提高该装置对于铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的检测精度。

基于上述理由本发明可在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为本发明检测装置结构图。

图2为本发明传感单元正视图。

图3为本发明传感单元侧视图。

图4是本发明一个实施例的电感测量模式原理图。

图5是本发明一个实施例的电容测量模式原理图。

图6是检测装置的检测流程图。

图7是本发明另一个实施例所展示的对于90-100微米的铁颗粒的检测对比图。

图8是本发明另一个实施例所展示的对于190-200微米的铜颗粒的检测对比图。

图9是本发明装置对35-45微米铁颗粒的检测信号图。

图10是本发明装置对110-120微米铜颗粒的检测信号图。

图11是本发明装置对140-150微米水滴的检测信号图。

图12是本发明装置对160-170微米气泡的检测信号图。

图中：1、微通道入口；2、微通道；3、传感单元；4、微通道出口；5、模型材料；6、玻璃基底；7、平面电感线圈；8、条形硅钢片；9、检测模式切换单元；10、激励-检测单元。

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。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种多参数油液综合检测装置包括微流体检测芯片、检测模式切换单元9以及激励-检测单元10；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；所述芯片主体包括：

设置在芯片主体上的一端设置有微通道入口1、另一端设置有微通道出口4的微通道2以及传感单元3；带有颗粒污染物的油液从微通道入口1驱动进入检测装置，经由微通道2流过传感单元3，最后再由微通道2到微通道出口4处。

如图2-3所示，传感单元3包括一个平面电感线圈7和一个条形硅钢片8；平面电感线圈7和条形硅钢片8正对放置；微通道2紧贴平面电感线圈7的一侧，且紧贴条形硅钢片8端面；检测模式切换单元9通过绝缘导线与平面电感线圈7和硅钢片8连接；激励-检测单元10通过绝缘导线连接检测模式切换单元9；

使用时，检测模式切换单元9通过改变平面电感线圈7的两个引线端和硅钢片8的一个引线端之间的连接方式对电容检测模式和电感检测模式进行相互切换；激励-检测单元10对平面电感线圈7及硅钢片8施加高频交流电激励，并检测其电感，电容和电阻信号；

当带有金属颗粒污染物的油液由微通道2流经过传感单元3时，检测模式切换单元9切换到电感检测模式，激励-检测单元10给平面电感线圈7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7的电感和电阻变化，完成对传感单元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；

当带有水滴和气泡的油液由微通道2流经过传感单元3时，检测模式切换单元9会切换到电容检测模式，激励-检测单元10给平面电感线圈7和硅钢片8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7和硅钢片8组成的电容器的电容和电阻变化，完成对传感单元3的电容和电阻信号的采集，从而实现对油液中水滴和气泡的区分检测。

作为本发明优选的实施方式，平面电感线圈7由漆包线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-400匝；条形硅钢片8的尖端与平面电感线圈正对放置，条形硅钢片8端面宽为0.1-2毫米，端面长为0.3-4毫米；条形硅钢片8可由其它导电软磁性材料代替。微通道2为直径100-2000微米；在平面电感线圈7和硅钢片8之间通过，且在平面电感线圈7的内孔边缘处。

作为本发明优选的实施方式，如图4所示，当检测模式切换单元9切换到电感检测模式时，激励-检测单元10与平面电感线圈7连接，激励-检测单元10给平面电感线圈7施加的高频交流电为1-2V，0.8-2MHz，可以测量平面电感线圈7的电感和电阻信号。电感测量模式下，当铁磁性颗粒经过传感单元3时，由于磁化作用将产生正向的电感信号脉冲，当非铁磁性颗粒经过传感单元时，由于涡流作用将产生负向的电感信号脉冲，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。

作为本发明优选的实施方式，如图5所示，当检测模式切换单元9切换到电容检测模式时，激励-检测单元10与平面电感线圈7和硅钢片8连接，给其施加以高频交流电为1-2V，0.8-2MHz，可以测量平面电感线圈7和硅钢片8的电容和电阻信号。电容测量模式下，当水滴和气泡经过传感单元3时，会排出同体积大小的油液，使得电容极板间电介质的介电常数发生变化。由于水的介电常数大于油液，将产生正向的电容信号脉冲；由于气泡的介电常数小于油液，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。

作为本发明优选的实施方式，如图6所示，当带有金属颗粒污染物的油液由微通道2流经过传感单元时，检测模式切换单元9会切换到电感检测模式，激励-检测单元10会给平面电感线圈7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7的电感和电阻变化，完成对传感单元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；当带有水滴和气泡的油液由微通道2流经过传感单元3时，检测模式切换单元9会切换到电容检测模式，激励-检测单元10会给平面电感线圈7和硅钢片8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7和硅钢片8组成的电容器的电容和电阻变化，完成对传感单元3的电容和电阻信号的采集，从而实现对油液中水滴和气泡的区分检测。

本发明还提供了一种多参数油液综合检测芯片的制作方法，所述检测方法利用所述的多参数油液综合检测装置实现，且包括如下步骤：

S1：将微通道模具、平面电感线圈和条形硅钢片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，其中平面电感线圈和条形硅钢片的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通道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S4：将微通道模具从加热固化好的模型材料中抽出，用打孔器在微通道两端打孔，形成微通道入口和微通道出口。

作为本发明优选的实施方式，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷。

实施例2

如图7所示，本发明另一个实施例所展示的对于90-100微米的铁颗粒的检测对比图。加有硅钢片的芯片检测90-100微米铁颗粒得到的信号为9.3×10^-10H，未加硅钢片的芯片检测90-100微米铁颗粒得到的信号为5.2×10^-10H；加有硅钢片的芯片相比较未加硅钢片的芯片，检测精度有明显的提高。

如图8所示，本发明另一个实施例所展示的对于190-200微米的铜颗粒的检测对比图。加有硅钢片的芯片检测190-200微米铜颗粒得到的信号为7.4×10^-10H，未加硅钢片的芯片检测190-200微米铜颗粒得到的信号为2.1×10^-10H；加有硅钢片的芯片相比较未加硅钢片的芯片，检测精度有明显的提高，硅钢片的加入使得检测区域的磁场显著提高，从而使得芯片具有更好的检测精度，因而可以检测到尺寸更小的金属颗粒。

如图9所示，本发明装置实现的对35-45微米铁颗粒的检测信号图。

如图10所示，本发明装置实现的对110-120微米铜颗粒的检测信号图。

如图11所示，本发明装置实现的对140-150微米水滴的检测信号图。

如图12所示，本发明装置实现的对160-170微米气泡的检测信号图。

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)

1.一种多参数油液综合检测装置，其特征在于，包括微流体检测芯片、检测模式切换单元以及激励-检测单元；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微通道入口、另一端设置有微通道出口的微通道以及传感单元；

所述传感单元包括一个平面电感线圈和一个条形硅钢片；所述平面电感线圈和条形硅钢片正对放置；所述微通道紧贴平面电感线圈的一侧，且紧贴条形硅钢片端面；所述检测模式切换单元通过绝缘导线与平面电感线圈和硅钢片连接；所述激励-检测单元通过绝缘导线连接所述检测模式切换单元；

使用时，所述检测模式切换单元通过改变平面电感线圈的两个引线端和硅钢片的一个引线端之间的连接方式对电容检测模式和电感检测模式进行相互切换；所述激励-检测单元对所述平面电感线圈及硅钢片施加高频交流电激励，并检测其电感，电容和电阻信号；

当带有金属颗粒污染物的油液由微通道流经过传感单元时，检测模式切换单元切换到电感检测模式，激励-检测单元给平面电感线圈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的电感和电阻变化，完成对传感单元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；

当带有水滴和气泡的油液由微通道流经过传感单元时，检测模式切换单元会切换到电容检测模式，激励-检测单元给平面电感线圈和硅钢片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和硅钢片组成的电容器的电容和电阻变化，完成对传感单元的电容和电阻信号的采集，从而实现对油液中水滴和气泡的区分检测。

2.根据权利要求1所述的多参数油液综合检测装置，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300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-400匝。

3.根据权利要求1所述的多参数油液综合检测装置，其特征在于，所述条形硅钢片的尖端与平面电感线圈正对放置，所述条形硅钢片端面宽为0.1-2毫米，端面长为0.3-4毫米。

4.根据权利要求3所述的多参数油液综合检测装置，其特征在于，所述条形硅钢片可由其它导电软磁性材料代替。

5.根据权利要求1所述的多参数油液综合检测装置，其特征在于，所述微通道为直径100-2000微米；在所述平面电感线圈和硅钢片之间通过，且在所述平面电感线圈的内孔边缘处。

6.一种多参数油液综合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：将微通道模具、平面电感线圈和条形硅钢片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，其中平面电感线圈和条形硅钢片的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通道模具，放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S4：将微通道模具从加热固化好的模型材料中抽出，用打孔器在微通道两端打孔，形成微通道入口和微通道出口。

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。