CN110031373A - 一种油液检测的多信号同步反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油液检测的多信号同步反馈装置，包括检测装置和激励‑检测单元，检测装置包括微流控芯片，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。首次在芯片中设置了沉积槽，可对金属颗粒和非金属颗粒进行有效的分离，实现四种颗粒污染物的同步检测。省去了测量模式切换单元，芯片可直接与激励‑检测单元相连，缩短了信号采集的响应时间，使检测效果更加精确高效。该芯片将两个传感单元集成到了一个芯片上，实现了油液中的电感、电阻和电容的多参数测量，以此完成对滑油、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

一种油液检测的多信号同步反馈装置

技术领域

本发明涉及设备油液系统故障检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种油液检测的多信号同步反馈装置。

背景技术

油液中的颗粒污染物是导致液压系统故障的最主要原因，能够检测到油液中颗粒污染物的信息，是对设备系统进行故障诊断的可靠方案。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。其中光学检测法具有较高的检测精度，但不能区分颗粒污染物的属性，并且会受到油液透光度的影响限制。声学检测法是通过检测反射声波来对油液中的颗粒进行检测，该方法受环境噪声和油液温度变化的影响比较严重。电感检测法能对油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒进行区分检测，且不易受外界因素影响，稳定性较高，但该方法对无法对油液中的水滴和气泡进行检测。电容检测法根据两极板间介质的介电常数不同，能够区分检测油液中的水滴和气泡，但对金属磨粒不能进行区分。以上这些方法都只能对油液进行单一参数测量，并且只能对油液中的一种或两种属性的颗粒进行检测，不能对多种颗粒进行综合检测。

发明内容

根据上述提出针对现有的油液检测方法测量参数单一，检测能力有限的技术问题，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(铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡)进行综合区分和同步检测的油液检测的多信号同步反馈装置，本发明装置可对金属颗粒进行有效的分离，防止金属颗粒对电容检测结果的影响。

本发明采用的技术手段如下：

一种油液检测的多信号同步反馈装置，包括检测装置和激励-检测单元；

所述检测装置包括微流控芯片；所述微流控芯片包括基底和设置在基底上的芯片主体，所述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流道，所述微通道上还依次设置有传感单元Ⅰ、可拆卸沉积槽、传感单元Ⅱ；

所述传感单元Ⅰ主要由一个绕有单层线圈且一端为半圆形开口的硅钢片组成，所述单层线圈设置在半圆形开口的切点下方，所述微通道从硅钢片的半圆形开口通过；所述传感单元Ⅱ主要由两个对称设置的铜棒组成，所述微通道从两个铜棒间的缝隙通过；

所述单层线圈分别连接第一引线和第二引线，所述两个对称设置的铜棒分别连接第三引线和第四引线；所述激励-检测单元通过绝缘导线分别与第一引线、第二引线、第三引线以及第四引线连接，所述激励-检测单元通过绝缘导线连接第一引线和第二引线，为所述传感单元Ⅰ提供高频交流电激励，实现电感-电阻检测；所述激励-检测单元通过绝缘导线连接第三引线和第四引线，为所述传感单元Ⅱ提供高频交流电激励，实现电容-电阻检测。

进一步地，所述微流控芯片还包括模型材料，所述基底放置在微通道的底部用于固定微流控芯片、传感单元Ⅰ以及传感单元Ⅱ，所述模型材料浇注在所述微流控芯片、传感单元Ⅰ以及传感单元Ⅱ的外部。

进一步地，所述微通道成直线型，先通过所述传感单元Ⅰ中硅钢片的半圆形开口，再通过沉积槽，最后通过传感单元Ⅱ中两个铜棒间的缝隙。

进一步地，所述传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ之间还设置有沉积槽，其用来将磨粒分离出来，确保只含有水滴和气泡的液压油通过，防止磨粒对电容检测结果形成干扰。

进一步地，所述传感单元Ⅰ中的单层线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为1-20毫米，漆包线线径为20-1000微米，匝数为20-1000匝，所述的硅钢片宽为1-20毫米，高为2-20毫米，半圆的直径为0.3-15毫米；所述传感单元Ⅱ中的两个铜棒直径为0.3-15毫米，长为5-20毫米，所述微通道直径为0.3-15毫米。

进一步地，所述沉积槽长为500-8000微米，宽为300-4000微米，高为0.5-2厘米。

进一步地，所述基底的材料为玻璃，或其它非金属，无磁性材料。

本发明还提供了一种油液检测的多信号同步反馈装置的制作方法，包括以下步骤：

S1：将微通道入口模具、微通道模具和绕有单层线圈的硅钢片以及两个铜棒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，其中连接单层线圈的两个引线和连接铜棒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：将浇注好模型材料的芯片放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S4：将微通道入口模具和微通道模具从加热固化好的模型材料中抽出，在既定位置挖出微通道出口和沉积槽的工位，即完成了检测装置的制作；

S5：最后将制作好的检测装置通过绝缘导线与激励-检测单元连接。

进一步地，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的检测装置及其测量单元能利用同一芯片上集成的两个传感单元实现电感、电阻、电容的多参数测量。

2、本发明提供的检测装置及其测量单元能够对油液中的铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡四类颗粒污染物进行综合区分检测。

3、本发明提供的检测装置设置了独立地沉积槽，可对金属颗粒污染物与非金属颗粒污染物进行有效的分离，解决了金属磨粒对电容检测结果的干扰问题，以实现多信号的同步检测。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的测量参数单一，所检测油液颗粒污染物种类有限，检测的多个信号时需要进行模式切换以及未实现液压油中磨粒的分离等问题。

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为本发明装置结构图

图2为本发明装置传感单元Ⅰ正视图。

图3为本发明装置传感单元Ⅰ侧视图。

图4为本发明装置传感单元Ⅱ俯视图。

图5为本发明装置沉积槽正视图。

图6为本发明装置结构框图。

图中：1、基底；2、模型材料；3、微通道入口；4、传感单元Ⅰ；5、微通道；6、沉积槽；7、传感单元Ⅱ；8、微通道出口；9、单层线圈；10、硅钢片。

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。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种油液检测的多信号同步反馈装置，包括检测装置和激励-检测单元。

检测装置包括微流控芯片，微流控芯片包括基底1和设置在基底1上的芯片主体，芯片主体上的一端设置有微通道入口3、另一端设置有微通道出口8的微通道5，微通道5上还依次设置有传感单元Ⅰ4、沉积槽6、传感单元Ⅱ7；微流控芯片还包括模型材料2，基底1放置在微通道5的底部用于固定微流控芯片、传感单元Ⅰ4以及传感单元Ⅱ7，模型材料2浇注在微流控芯片、传感单元Ⅰ4以及传感单元Ⅱ7的外部。

如图2、3所示，传感单元Ⅰ4主要由一个绕有单层线圈9且一端为半圆形开口的硅钢片10组成，单层线圈9设置在半圆形开口的切点下方，由于在单层线圈9中添加了带半圆形开口的硅钢片10，对感应磁场起到了聚集作用，使得感应区域的灵敏度大幅提高，从而提高了装置的检测精度，微通道5从硅钢片10的半圆形开口通过；传感单元Ⅰ4中的单层线圈9由漆包线绕制而成，线圈内径为1-20毫米，漆包线线径为20-1000微米，匝数为20-1000匝，硅钢片10宽为1-20毫米，高为2-20毫米，半圆的直径为0.3-15毫米；单层线圈9分别连接第一引线和第二引线，激励-检测单元通过绝缘导线分别与第一引线、第二引线连接，为传感单元Ⅰ4提供高频交流电激励，实现电容-电阻测量，激励-检测单元通过给单层线圈以高频交流电(1-2V，0.8-2MHz)激励，当铁磁性颗粒经过传感单元Ⅰ4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Ⅰ4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。

经过传感单元Ⅰ4的液压油在经过沉积槽6时，油中的金属磨粒污染物因重力作用被沉积，而油液中的水滴和气泡可随油液继续流向传感单元Ⅱ7；如图4所示，传感单元Ⅱ7主要由两个对称设置的铜棒组成，两个铜棒直径为0.3-15毫米，长为5-20毫米，所述微通道5从两个铜棒间的缝隙通过；微通道5直径为0.3-15毫米。两个铜棒横截面等效成两个电容极板，两个对称设置的铜棒分别连接第三引线和第四引线，激励-检测单元通过绝缘导线分别与第三引线和第四引线连接，为传感单元Ⅱ7提供高频交流电激励，实现电容-电阻测量，如图5所示，本发明装置还设置了独立的沉积槽6，金属磨粒可沉淀于沉积槽6中，使得油液中的金属颗粒和非金属颗粒得以有效的分离，而水滴和气泡仍可经微通道5流至电容检测区域，避免了油液中的金属磨粒对电容检测结果造成干扰，实现更为准确的电容参数检测，激励-检测单元通过给两个铜棒以高频交流电(1-2V，0.1-2MHz)激励，两极板形成一个等效电容，当油液中的水滴经过传感单元Ⅱ7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，当油液中的气泡经过传感单元Ⅱ7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。

作为本发明优选的实施方式，微通道5成直线型，先通过传感单元Ⅰ4中硅钢片的半圆形开口，再通过沉积槽6，最后通过传感单元Ⅱ7中两个铜棒间的缝隙。

作为本发明优选的实施方式，沉积槽6长为500-8000微米，宽为300-4000微米，高为0.5-2厘米。

作为本发明优选的实施方式，基底1的材料为玻璃，或其它非金属，无磁性材料。

实施例2

如图1所示，(在实施例1的基础上，)本发明还提供了一种油液检测的多信号同步反馈装置的制作方法，包括以下步骤：

S1：将微通道入口模具、微通道模具和绕有单层线圈9的硅钢片10以及两个铜棒按既定的位置固定在基底1上；

S2：向基底1灌注模型材料2，其中连接单层线圈9的两个引线和连接铜棒的两个引线布置在模型材料2外部，使其不被模型材料浇注；

S3：将浇注好模型材料2的芯片放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料2固化；

S4：将微通道模具从加热固化好的模型材料2中抽出，抽取微通道入口模具形成微通道入口3，在既定位置挖出微通道出口8和沉积槽6的工位，即完成了检测装置的制作；

S5：最后将制作好的检测装置通过绝缘导线与激励-检测单元连接。

作为本发明优选的实施方式，模型材料2为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明检测装置中的传感单元Ⅰ4在接到激励-检测单元给的高频交流电激励时，反馈的电阻-电感信号，能够对20微米的铁颗粒和60微米的铜颗粒的检测；检测装置中的传感单元Ⅱ在接到激励-检测单元给的高频交流电激励时，反馈的电容信号，能够对40微米的水滴和100微米的气泡的检测；从而实现了对油液中的水滴、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在同一个芯片上进行同步的区分检测。

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 (9)

1.一种油液检测的多信号同步反馈装置，包括检测装置和激励-检测单元，其特征在于：

所述检测装置包括微流控芯片；所述微流控芯片包括基底和设置在基底上的芯片主体，所述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流道，所述微通道上还依次设置有传感单元Ⅰ、沉积槽、传感单元Ⅱ；

所述传感单元Ⅰ主要由一个绕有单层线圈且一端为半圆形开口的硅钢片组成，所述单层线圈设置在半圆形开口的切点下方，所述微通道从硅钢片的半圆形开口通过；所述传感单元Ⅱ主要由两个对称设置的铜棒组成，所述微通道从两个铜棒间的缝隙通过；

所述单层线圈分别连接第一引线和第二引线，所述两个对称设置的铜棒分别连接第三引线和第四引线；所述激励-检测单元通过绝缘导线分别与第一引线、第二引线、第三引线以及第四引线连接，所述激励-检测单元通过绝缘导线连接第一引线和第二引线，为所述传感单元Ⅰ提供高频交流电激励，实现电感-电阻检测；所述激励-检测单元通过绝缘导线连接第三引线和第四引线，为所述传感单元Ⅱ提供高频交流电激励，实现电容-电阻检测。

2.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，所述微流控芯片还包括模型材料，所述基底放置在微通道的底部用于固定微流控芯片、传感单元Ⅰ以及传感单元Ⅱ，所述模型材料浇注在所述微流控芯片、传感单元Ⅰ以及传感单元Ⅱ的外部。

3.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，所述微通道成直线型，先通过所述传感单元Ⅰ中硅钢片的半圆形开口，再通过沉积槽，最后通过传感单元Ⅱ中两个铜棒间的缝隙。

4.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，在传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ之间设置有沉积槽，其用来将磨粒分离出来，确保只含有水滴和气泡的液压油通过，防止磨粒对电容检测结果形成干扰。

5.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，所述传感单元Ⅰ中的单层线圈由漆包线绕制而成，线圈内径为1-20毫米，漆包线线径为20-1000微米，匝数为20-1000匝，所述的硅钢片宽为1-20毫米，高为2-20毫米，半圆的直径为0.3-15毫米；所述传感单元Ⅱ中的两个铜棒直径为0.3-15毫米，长为5-20毫米，所述微通道直径为0.3-15毫米。

6.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，所述沉积槽长为500-8000微米，宽为300-4000微米，高为0.5-2厘米。

7.根据权利要求1所述的油液检测的多信号同步反馈装置，其特征在于，所述基底的材料为玻璃或其它非金属，无磁性材料。

8.一种油液检测的多信号同步反馈装置的制作方法，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：将微通道入口模具、微通道模具和绕有单层线圈的硅钢片以及两个铜棒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，其中连接单层线圈的两个引线和连接铜棒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：将浇注好模型材料的芯片放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S4：将微通道入口模具和微通道模具从加热固化好的模型材料中抽出，在既定位置挖出微通道出口和沉积槽的工位，即完成了检测装置的制作；

S5：最后将制作好的检测装置通过绝缘导线与激励-检测单元连接。

9.根据权利要求8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或者聚甲基丙烯酸甲酯。