CN117091999A - 一种机械设备滑油污染物检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机械设备滑油污染物检测系统，包括：传感器模块、电源模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，其中：电源模块连接传感器模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，用于为整个系统供电；传感器模块与油液传输模块连接，油液传输模块用于保证滑油携带磨粒匀速通过传感器模块；电路模块的一端连接传感器模块的电极接头，用于接收传感器模块输出的电感信号和电容信号，一端连接微控制模块；微控制模块与显示器连接，用于实时显示污染物信息。本发明系统能够实现对金属颗粒、非金属颗粒、气泡和水滴进行定性定量检测，进一步对故障类型进行判断，并实现警报功能，实现对机械系统进行预警，避免重大事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体而言，尤其涉及一种机械设备滑油污染物检测系统。
背景技术
滑油具有润滑机械系统的零部件、传递能量、减小阻尼、防腐防锈等作用，因此常常被视为机械系统的“血液”。人可以通过对血液进行检测，实现诊断疾病的目的；同样，对机械中的滑油检测，也能够排除机械系统存在的隐患，因此一种可靠的污染物检测系统具有重要的实用意义。
污染物的种类常常对应这不同的机械故障。滑油中水滴和气泡的出现，常常预示着机械系统的密闭性出现问题。不同种类金属磨粒的出现，预示着机械部件对应部位出现异常磨损。而磨粒的大小数量则预示着磨损的严重程度。可靠的滑油污染物检测系统，能够在实际应用中实现机械设备故障的诊断和预防，进而提升设备运行的稳定性，延长机械寿命，降低经济成本。
现有的油液检测技术，按照物理方法的不同可以区分为光学法、声学法、振动信号法和电磁法等。其中电磁法可以分为电感检测法、电阻检测法和电容检测法。相比于其他方法，滑油的品质和环境噪声对电磁法的影响很小。其中电感检测法在特定的激励频率下，能够实现对有色金属的区分；非金属污染物由于介电常数不同，电容检测法能够实现对等效电容的检测来区分出水滴和气泡。
发明内容
根据上述提出现有技术中没有可靠的检测系统对滑油中多种污染物进行检测的技术问题，提供一种机械设备滑油污染物检测系统。本发明实现对金属颗粒、非金属颗粒、气泡和水滴进行定性定量检测，进一步对故障类型进行判断，并实现警报功能，实现对机械系统进行预警，避免重大事故的发生。
本发明采用的技术手段如下：
一种机械设备滑油污染物检测系统，包括：传感器模块、电源模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，其中：
所述电源模块，连接传感器模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，用于为整个系统供电；
传感器模块与油液传输模块连接，油液传输模块用于保证滑油携带磨粒匀速通过传感器模块；
电路模块的一端连接传感器模块的电极接头，用于接收传感器模块输出的电感信号和电容信号，一端连接微控制模块；
微控制模块与显示器连接，用于实时显示污染物信息。
进一步地，所述传感器模块包括电极片检测区域、线圈检测区域和电磁屏蔽区域，其中：
电极片检测区域和线圈检测区域构成传感器芯片，传感器芯片包括传感器芯片主体、设置在传感器芯片主体上的一端设置有进油口、另一端设置有出油口的圆环形微流道以及传感单元；传感单元包括电感线圈和微电极，圆环形微流道从电感线圈的内孔垂直穿过且紧贴电感线圈的内孔边缘，构成线圈检测区域；微电极安装在微流道的两侧，构成电极片检测区域；
电磁屏蔽区域用于为传感器芯片和电路模块屏蔽外部电磁信号。
进一步地，所述电路模块包括一级微分运算放大器和二级微分运算运算放大器，一级微分运算放大器用于获取电感信号的变化，二级微分运算运算放大器用于获取电容信号的变化。
进一步地，所述油液传输模块包括传输管道和电机，传输管道连通圆环形微流道，电机用于保证滑油均匀进入圆环形微流道，并通过传感单元，最后从出油口流出。
进一步地，所述微控制模块实现整个系统的控制和信号处理，将模拟信号转化为数字信号，发送到显示器，并实现计数和警告功能。
进一步地，所述电感线圈的匝数为300匝，内孔直径为1300μm。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的机械设备滑油污染物检测系统，能够实现针对滑油中出现的常见污染物进行检测，包括铁磁性颗粒、非铁磁性颗粒、水滴和气泡，并通过显示器直观显示出污染物种类、大小和数量的关键信息。
2、本发明提供的机械设备滑油污染物检测系统，进一步对故障类型进行判断，并实现警报功能，实现对机械系统进行预警，避免重大事故的发生。
基于上述理由本发明可在油液污染物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为本发明机械设备滑油污染物检测系统内部结构示意图。
图2为本发明机械设备滑油污染物检测系统结构示意图。
图3为本发明传感器芯片结构示意图。
图4为本发明实施例提供的显微镜下铁磁颗粒通过电感检测区域图。
图5为本发明实施例提供的铁磁颗粒通过时电感信号变化图。
图6为本发明实施例提供的铜颗粒通过时电感信号变化图。
图7为本发明实施例提供的显微镜下非金属污染物通过电容检测区域图。
图8为本发明实施例提供的非金属污染物通过时电容信号变化图。
图中：1、微电极；2、电感线圈；3、圆环形微流道；4、被检测的污染物；5、电磁屏蔽区域；6、电源模块；7、微控制模块；8、进油口；9、出油口；10、显示器。
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所示，本发明提供了一种机械设备滑油污染物检测系统，包括：传感器模块、电源模块6、电路模块、微控制模块7、油液传输模块和显示器10，其中：
所述电源模块6，连接传感器模块、电路模块、微控制模块7、油液传输模块和显示器10，用于为整个系统供电；
传感器模块与油液传输模块连接，油液传输模块用于保证滑油携带磨粒匀速通过传感器模块；
电路模块的一端连接传感器模块的电极接头，用于接收传感器模块输出的电感信号和电容信号，一端连接微控制模块7；
微控制模块7与显示器10连接，用于实时显示污染物信息。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述传感器模块包括电极片检测区域、线圈检测区域和电磁屏蔽区域，其中：
电极片检测区域和线圈检测区域构成传感器芯片，传感器芯片包括传感器芯片主体、设置在传感器芯片主体上的一端设置有进油口8、另一端设置有出油口9的圆环形微流道3以及传感单元；传感单元包括电感线圈2和微电极1，圆环形微流道3从电感线圈2的内孔垂直穿过且紧贴电感线圈2的内孔边缘，构成线圈检测区域；微电极1安装在圆环形微流道3的两侧，构成电极片检测区域；
电磁屏蔽区域用于为传感器芯片和电路模块屏蔽外部电磁信号。
在本实施例中，传感器芯片使用微流体技术制成，电感线圈2的匝数为300匝，内孔直径为1300μm，圆环形微流道3两侧安装微电极1，构成电极片检测区域。将传感器芯片的各个结构固定在载破片上，并使用模具将其包裹，将PDMS与固化剂以10:1的比例混合，并使用真空干燥箱抽取其中的气泡。将PDMS倒入模具中，再放入真空干燥箱干燥30分钟使其固化。固化完成后，将铜丝抽出，即形成圆环形微流道3。对电极接头进行焊接，芯片即制作完成。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述电路模块包括一级微分运算放大器和二级微分运算运算放大器，一级微分运算放大器用于获取电感信号的变化，二级微分运算运算放大器用于获取电容信号的变化。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述油液传输模块包括传输管道和电机，传输管道连通圆环形微流道，电机用于保证滑油均匀进入圆环形微流道，并通过传感单元，最后从出油口流出。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述微控制模块7实现整个系统的控制和信号处理，将模拟信号转化为数字信号，发送到显示器10，并实现计数和警告功能。
实施例1
配置含有40μm铁磁颗粒的油液，通过进油口8倒入油液，使用显微镜拍摄电感线圈检测区域的照片，如图4所示，图5为检测信号脉冲图，当铁磁性污染物经过微传感器时，电感变大，会产生一个与粒径相关的正向脉冲信号，脉冲的幅值与粒径的三次方成正比。通过脉冲数量确定颗粒的数量。
实施例2
配置含有60μm铜颗粒的油液，通过进油口8倒入油液，图6为检测信号脉冲图，当铁磁性污染物经过微传感器时，电感减小，会产生一个负向脉冲信号，脉冲的幅值与颗粒的直径成相应的比例关系。通过脉冲数量确定颗粒的数量。
实施例3
配置含有非金属污染物(气泡和水滴)的油液，图7为显微镜拍摄的电容检测区域的照片，检测信号图如图8所示，通过脉冲的幅值估计颗粒的粒径，通过脉冲的数量确定颗粒的数量。
综上所述，本发明提出的滑油污染物检测的系统，使用电感检测方法针对铁磁颗粒和非铁磁颗粒通过时，产生脉冲方向的不同进行材质的区分，产生脉冲的大小来确定粒径的大小，脉冲的个数确定颗粒的数量。使用电容检测方法针对气泡和水滴通过时，由于介电常数不同，使得等效电容会产生差异，进行污染物的区分。使用脉冲方向、脉冲大小和脉冲个数来确定材质种类、粒径大小和颗粒数量。经过检测处理后的脉冲以实时曲线和数值两种方式在屏幕上直观显示，显示屏具有语音功能，能实现故障报警。
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)
1.一种机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，包括：传感器模块、电源模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，其中：
所述电源模块，连接传感器模块、电路模块、微控制模块、油液传输模块和显示器，用于为整个系统供电；
传感器模块与油液传输模块连接，油液传输模块用于保证滑油携带磨粒匀速通过传感器模块；
电路模块的一端连接传感器模块的电极接头，用于接收传感器模块输出的电感信号和电容信号，一端连接微控制模块；
微控制模块与显示器连接，用于实时显示污染物信息。
2.根据权利要求1所述的机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，所述传感器模块包括电极片检测区域、线圈检测区域和电磁屏蔽区域，其中：
电极片检测区域和线圈检测区域构成传感器芯片，传感器芯片包括传感器芯片主体、设置在传感器芯片主体上的一端设置有进油口、另一端设置有出油口的圆环形微流道以及传感单元；传感单元包括电感线圈和微电极，圆环形微流道从电感线圈的内孔垂直穿过且紧贴电感线圈的内孔边缘，构成线圈检测区域；微电极安装在微流道的两侧，构成电极片检测区域；
电磁屏蔽区域用于为传感器芯片和电路模块屏蔽外部电磁信号。
3.根据权利要求2所述的机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，所述电路模块包括一级微分运算放大器和二级微分运算运算放大器，一级微分运算放大器用于获取电感信号的变化，二级微分运算运算放大器用于获取电容信号的变化。
4.根据权利要求1所述的机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，所述油液传输模块包括传输管道和电机，传输管道连通圆环形微流道，电机用于保证滑油均匀进入圆环形微流道，并通过传感单元，最后从出油口流出。
5.根据权利要求1所述的机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，所述微控制模块实现整个系统的控制和信号处理，将模拟信号转化为数字信号，发送到显示器，并实现计数和警告功能。
6.根据权利要求2所述的机械设备滑油污染物检测系统，其特征在于，所述电感线圈的匝数为300匝，内孔直径为1300μm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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