CN201051080Y - 一种用于油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置，属于机械设备磨损状态在线实时监测装置。该装置包括第一、第二两个高亮度LED光源(1、2)，第一、第二两个光源聚光透镜(3a、3b)、半反半透45°棱镜(4)、微流场传感器(5)、显微镜头(6)、数字CCD图像传感器(7)、调焦装置(8)、总体支架(9)、棱镜定位套筒(10)、显微镜头支架套筒(11)、微流场传感器支架套筒(12)。可实时采集和分析油液中的污染和磨损颗粒，以实现机械设备磨损状态的实时监测和故障诊断。

Description

一种用于油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置

一、技术领域

本实用新型的用于油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置，属于机械工程中污染与磨损颗粒显微实时检测。

二、背景技术

在润滑系统和液压系统中，磨损是不可避免的，为保证润滑系统和液压系统的正常运行，就要及时知道油液的状况，捕捉到尚未发生的事故隐患，保障设备的安全运行，避免支付昂贵的修理费用，减少损失停工修理时间，降低维修成本。现在的油液分析主要有原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析、铁谱分析、颗粒计数器、磁性柱塞等。现主要分析下后三种方式。铁谱分析是通过铁谱仪在实验室内实现，就是在润滑系统或液压系统中定期取样，在实验室经过油样的预处理、制谱、读谱等，才能分析磨损颗粒成分大小，形貌分布，研究磨损机理。但这种信息的必须经有经验的专家来分析判断，这样检测时间耗时很长且误差大，主观影响多，属于离线检测。颗粒计数器是采用光电记数法测量固定体积油液内磨粒的大小和数量，判定设备污染程度。这种方法不能区分磨损颗粒和其他污染物，不能识别磨粒类型，仪器相对昂贵。该方法主要是易遗漏重要的故障信息，但可以实现在线检测。磁性柱塞就是通过壳体下腔装有电磁铁吸附油液中的铁磁性物质与隔膜上，在电磁铁上贴有霍尔元件，穿过霍尔元件的磁通量发生改变时，感应电压也响应改变，当达到预定电压或时间时，电磁铁断电释放铁磁性磨粒，电磁铁再次通电进行下一次监测，实现油液中铁磁物质的连续测量。它是分析颗粒的大小和形貌，从而判断磨损情况，其缺点是无法分析非铁磁性物质，耗时长。

三、实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够在现场油路中随时监测润滑系统和液压系统磨损和污染的工况，实施在线和离线两种模式的油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置。

本实用新型包括第一高亮度LED光源、第二高亮度LED光源、第一光源聚光透镜、第二光源聚光透镜、半反半透45°棱镜、微流场传感器、显微镜头、数字CCD图像传感器、调焦装置、总体支架、棱镜定位套筒、显微镜头支架套筒、微流场传感器支架套筒，其中第一高亮度LED光源和第一光源聚光透镜均安装在散热器内圆孔中，第一光源聚光透镜与第一高亮度LED光源相对应，接收第一高亮度LED光源发射的光线，所述的散热器嵌装在微流场传感器支架套筒下端的内圆壁上，微流场传感器置于微流场传感器支架套筒的中心通孔中，调焦装置下端的外圆壁与微流场传感器支架套筒上端内圆壁相连，调焦装置上端的外圆壁与显微镜支架套筒下端的内圆壁相连，显微镜头置于调焦装置的内圆中，显微镜头的头部与微流场传感器相对应，显微镜头的底部装在显微镜支架套筒的内圆底部中央，总体支架下端内圆壁与显微镜支架套筒上端的外圆壁相连，棱镜定位套筒置于总体支架下端的内圆内，该棱镜定位套筒下端部与显微镜支架套筒上端部相连，半反半透45°棱镜同样置于总体支架的内圆内与棱镜定位套筒上端部相连，装有第二高亮度LED光源和第二光源聚焦透镜的散热器安装在总体支架的右侧上，与半反半透45°棱镜的45°倾斜面相连，数字CCD图像传感器装在总体支架上端与总体支架的通孔相通。

有益效果

1、实时监测分析油液中的各类金属、非金属、聚合物和胶体等污染物和颗粒，最小分辨率达1μm。

2、具有颗粒计数器(污染监测)和颗粒分析的双重功能，并实现信息融合监测与故障诊断；

3、可以离线或在线监测分析，适合基地、实验室、舰船或野战场合使用。

4、结构简单可靠，成本低。

5、测量精度高，数据重现性误差＜2％。

四、附图说明

图1为油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集装置总结构图。

图中：1、2为高亮度LED光源，3a、3b为光源聚光透镜，4、半反半透45°棱镜，5、微流场传感器，6、显微镜头，7、数字CCD图像传感器，8、调焦装置，9、总体支架，10、棱镜定位套筒，11、显微镜头支架套筒，12、微流场传感器支架套筒。

五、具体实施方式

本实用新型的实例结合附图做进一步说明。

如图1：该装置由双路高亮度LED光源、聚光透镜、半反半透45°棱镜、微流场传感器、显微镜头、数字CCD图像传感器、调焦装置以及支架等部分组成。各部分均采用螺纹联接。其中调焦装置设有两断反向螺纹，旋转该旋钮可移动显微物镜距微流场传感器的距离，实现0.5μm-5mm范围内的焦距调节，在其两端连接套筒上设有两颗沉头螺钉，用以调焦后位置固定。半反半透棱镜由圆柱玻璃切割而成，其斜切面与轴线呈45°角并镀膜，形成半反半透面；底面上设有三个呈120°分布的球形突起，装入支架套筒后与支架上相同分布的球形凹坑相匹配，用以周向定位。

具体的监测过程如下：双路高亮度LED光源经聚光透镜发出高亮度平行白光。其中一路作为透射光，一路经半反半透45°棱镜4反射后穿过显微物镜照射到样品表面。待监测油液从微流场传感器流过，在透射光和反射光的照射下，油液中污染和磨损颗粒经25倍显微镜头放大成像，调焦装置8设有两断反向螺纹，旋转该旋钮可移动显微物镜距微流场传感器的距离，实现0.5μm-5mm范围内的焦距调节，用以清晰成像。油液中颗粒的显微图像穿过棱镜，由数字CCD图像传感器进行图像采集，并传输到计算机进行图像分析和识别。

对采集到的油液颗粒图像，可根据式(1)计算出污染和磨损颗粒的等效园直径。

$D=\sqrt{4A/\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

式中，

A＝A₀k²    (2)

其中比例系数k为物镜的标定系数，即单位像素点距所代表的物体的实际长度(μm)，A₀为颗粒投影闭合曲线的面积：

$A_0=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_{i+1}{y}_i-x_i{y}_{i+1})---\left(3\right)$

式中  (x_i，y_i)为第i点像素的坐标；

n为扫描步数。

根据计算出的颗粒等效圆直径，可得到与颗粒计数器具有兼容性或同等效力的污染度值的结果。还可结合颗粒图像分析和识别，进一步对机械设备磨损状态进行实时监测和故障诊断。

Claims (1)

1.一种用于油液中污染与磨损颗粒显微图像实时观测与采集的装置，其特征在于；包括第一高亮度LED光源(1)、第二高亮度LED光源(2)、第一光源聚光透镜(3a)、第二光源聚光透镜(3b)、半反半透45°棱镜(4)、微流场传感器(5)、显微镜头(6)、数字CCD图像传感器(7)、调焦装置(8)、总体支架(9)、棱镜定位套筒(10)、显微镜头支架套筒(11)、微流场传感器支架套筒(12)，其中第一高亮度LED光源(1)和第一光源聚光透镜(3a)均安装在散热器内圆孔中，第一光源聚光透镜(3a)与第一高亮度LED光源(1)相对应，接收第一高亮度LED光源(1)发射的光线，所述的散热器嵌装在微流场传感器支架套筒(12)下端的内圆壁上，微流场传感器(5)置于微流场传感器支架套筒(12)的中心通孔中，调焦装置(8)下端的外圆壁与微流场传感器支架套筒(12)上端内圆壁相连，调焦装置(8)上端的外圆壁与显微镜支架套筒(11)下端的内圆壁相连，显微镜头(6)置于调焦装置(8)的内圆中，显微镜头(6)的头部与微流场传感器(5)相对应，显微镜头(6)的底部装在显微镜支架套筒(11)的内圆底部中央，总体支架(9)下端内圆壁与显微镜支架套筒(11)上端的外圆壁相连，棱镜定位套筒(10)置于总体支架(9)下端的内圆内，该棱镜定位套筒(10)下端部与显微镜支架套筒(11)上端部相连，半反半透45°棱镜(4)同样置于总体支架(9)的内圆内与棱镜定位套筒(10)上端部相连，装有第二高亮度LED光源(2)和第二光源聚焦透镜(3b)的散热器安装在总体支架(9)的右侧上，与半反半透45°棱镜(4)的45°倾斜面相连，数字CCD图像传感器(7)装在总体支架(9)上端与总体支架(9)的通孔相通。

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