CN206057140U - 一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，包括三目显微镜、带有限位开关的电动载物台、电机驱动器、光电传感器、跨阻放大器、多功能板卡以及上位机；所述三目显微镜包括光源、物镜，带有限位开关的电动载物台设置于光源与物镜之间；三目显微镜的第三目与光电传感器连接，光电传感器的光照接收面与第三目光路垂直，且光电传感器的光照接收面中心位于第三目光路轴线上；光电传感器经跨阻放大器与多功能板卡连接，多功能板卡还分别与上位机、电机驱动器连接，电机驱动器与带有限位开关的电动载物台连接。本实用新型能自动测量谱片不同位置磨粒覆盖面积百分数，减轻了操作人员劳动强度，提高了测试效率与测试数据准确性，方便使用。

Description

一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统

技术领域

本实用新型涉及旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，属于铁谱定量分析技术领域。

背景技术

铁谱仪广泛地应用于各类机器系统的磨损监控与润滑油油品评定，也可用来进行摩擦状态及磨损机理的研究。因此，它是实现机器工况监测、设备故障定位和微粒摩擦学研究的重要仪器。就铁谱分析技术所采用的分析方法而言，主要分为定性分析方法和定量分析方法。定性分析方法是一种离线监测的铁谱分析方法，监测人员从现场取回油样，经处理后形成铁谱片，利用铁谱显微镜对沉积在铁谱片上的磨损颗粒作形貌观察、尺寸测量和成分分析，并在此基础上确定磨损颗粒的种类和成分，判断被监测设备的磨损形式、磨损原因、磨损程度和严重磨损部件的种类等等。定量分析方法是一种既可以直接在现场进行，也可以取样后离线分析的铁谱分析方法，这种分析方法主要根据磨损颗粒的浓度和磨损颗粒的尺寸分布对设备的摩擦磨损状态进行分析，然后再利用函数分析法、趋势分析法和灰色理论等方法进行工况监测和故障诊断。

铁谱仪主要分为在线式铁谱仪和离线式铁谱仪，在线式铁谱仪直接安装在现场设备的循环润滑系统中，提供油液中关于磨屑密度的在线读数和大磨粒的百分比，而离线式铁谱仪需从现场设备中采集油样，送回实验室由专业人员操作这些仪器进行分析。尽管在线式铁谱仪具有实时、快速、简便等优点，但由于设备摩擦磨损状态及其变化的复杂性，以及分析结果不可避免地要受到工作状况、工作环境等多种因素的影响，因而很难保证结果的稳定性与可比性。离线式铁谱仪主要分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。分析式铁谱仪与旋转式铁谱仪能在显微镜下观察研究磨粒的形貌并通过光密度测量仪测量谱片上磨粒覆盖面积百分数，既可以用于定性分析也可以用于定量分析，而直读式铁谱仪仅能测定磨粒的数量及其近似的尺寸分布，即只可以用于定量分析，故分析式铁谱仪与旋转式铁谱仪应用范围比直读式铁谱仪更加广泛。

使用传统的光密度测量仪测量一个旋转式铁谱仪谱片上磨粒覆盖面积百分数时，操作人员需要一直手动调节显微镜载物台并通过显微镜目镜观察视场位置，当观察到视场移动到待测位置时读取视场内磨粒覆盖面积百分数。通过手动调节和人眼观察会产生人为误差，同时人眼观察久了会产生视觉疲劳，降低观测效率。通常完成一个旋转式铁谱仪谱片的测量，使用传统的光密度测量仪需要人工寻找谱片上24个视场位置，工作量大，测量时间长。不仅如此，传统的光密度测量仪只能进行磨粒覆盖面积百分数的测量，而后续基于磨粒覆盖面积百分数得出的各种定量指标仍需要人工计算。综上，传统光密度测量仪已经不能满足旋转式铁谱仪谱片定量分析的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，能自动测量谱片不同位置磨粒覆盖面积百分数，减轻了操作人员劳动强度，提高了测试效率与测试数据准确性。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，包括三目显微镜、带有限位开关的电动载物台、电机驱动器、光电传感器、跨阻放大器、多功能板卡以及上位机；所述三目显微镜包括光源、物镜，带有限位开关的电动载物台设置于光源与物镜之间；三目显微镜的第三目与光电传感器连接，光电传感器的光照接收面与第三目光路垂直，且光电传感器的光照接收面中心位于第三目光路轴线上；光电传感器经跨阻放大器与多功能板卡连接，多功能板卡还分别与上位机、电机驱动器连接，电机驱动器与带有限位开关的电动载物台连接。

作为本实用新型的一种进一步方案，所述带有限位开关的电动载物台设有用于固定旋转式铁谱仪谱片的正方形凹槽，正方形凹槽一侧设有凹槽缺口。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光源为发光二极管。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光电传感器为硅光电池。

作为本实用新型的一种优选方案，所述带有限位开关的电动载物台由电机驱动，电机是步进电机或者伺服电机。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，能自动测量谱片不同位置磨粒覆盖面积百分数，减轻操作人员工作量，减小测量误差，能方便地对测试数据进行存储、处理和显示，并能按用户选择对不同的测试数据进行图形化显示，方便用户进行快速分析与预测。

附图说明

图1是本实用新型旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统的结构示意图。

图2是本实用新型旋转式铁谱仪谱片及显微镜视场位移路径示意图。

图3是本实用新型中电动载物台凹槽及缺口示意图；其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图。

图4是传统光密度测量仪在谱片各磨粒沉积环上8个观测视场的位置选取示意图；其中，(a)为内环，(b)为中环，(c)为外环。

图5是本实用新型上位机控制电动载物台沿显微镜视场位移路径移动的流程图。

图6是本实用新型旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析方法的流程图。

其中，1-三目显微镜；2-光源；3-电动载物台；4-旋转式铁谱仪谱片；5-光电传感器；6-跨阻放大器；7-多功能板卡；8-上位机；9-电机驱动器；10-磨粒沉积环内环；11-磨粒沉积环中环；12-磨粒沉积环外环；13-显微镜视场位移路径；14-凹槽；15-凹槽缺口；16-显微镜观测视场。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，包括三目显微镜1、光源2、电动载物台3、光电传感器5、跨阻放大器6、多功能板卡7、上位机8、电机驱动器9；光源2为发光二极管，产生的光为单色光，光强可控；电动载物台3由电机驱动，电机为步进电机或者伺服电机；电动载物台3设置了限位开关，防止电动载物台3位移超界；电动载物台3设有正方形凹槽14，用于固定旋转式铁谱仪谱片4，凹槽14一侧设有缺口15用于夹取谱片4；光电传感器5安装在测头内，测头通过紧固螺钉与三目显微镜1的第三目连接；光电传感器5为硅光电池，受到的光照强度与产生的光电流呈线性关系；硅光电池光照接收面与显微镜第三目光路垂直，并且硅光电池光照接收面中心位于三目显微镜1第三目光路轴线上；多功能板卡7不仅是电机控制器，而且是跨阻放大器6输出信号采集器；跨阻放大器6输入端连接光电传感器5两极，输出端连接多功能板卡7模拟信号输入端口；多功能板卡7通过数据线连接至上位机8。

如图2所示，旋转式铁谱仪谱片4为55mm×55mm×0.2mm的平面透明玻璃片，根据旋转式铁谱仪磁头磁路的设计，制谱后磨粒会在谱片4上形成三个同心的圆形磨粒沉积环，沉积环的圆心与方形谱片4的中心重合。三个磨粒沉积环的径向宽度均为1mm，内环10外侧直径为12mm，中环11外侧直径为20mm，外环12外侧直径为30mm。因为磁力线是从谱片4中心向四周散发，从内环10到外环12磁场力大小依次变小，故在三个磨粒沉积环上沉积的磨粒尺寸分布为内环10磨粒尺寸最大，中环11次之，外环12最小。

如图3的(a)与(b)所示，显微镜电动载物台3中心处上设有55.2mm×55.2mm×1mm的正方形凹槽14，用于固定谱片4；凹槽14底部中心通孔截面为35mm×35mm，既可以使凹槽14底部对谱片形成有效支撑，又不会阻碍对磨粒沉积环的观测，且不会让谱片4从凹槽14底部通孔掉下去的情况发生；凹槽14一侧设有缺口15用于夹取谱片4。

传统光密度测量仪对旋转式铁谱仪谱片4内环进行观测的8个视场16如图4的(a)所示，对谱片4中环进行观测的8个视场16如图4的(b)所示，对谱片4外环进行观测的8个视场16如图4的(c)所示。内环10的内侧是严重磨损颗粒沉积几率最大的地方，故在内环10内侧选取8个对称视场进行观测；中环11的内侧是摩擦聚合物、各种氧化物、弱铁磁性的非铁金属颗粒等磨损颗粒沉积几率最大的地方，故在中环11内侧选取8个对称视场进行观测；外环12的外侧是腐蚀磨损颗粒沉积几率最大的地方，故在外环12外侧选取8个对称视场进行观测。

如图5所示，通过上位机8控制显微镜电动载物台3在水平二维方向上的移动包括以下步骤：

1)将画有两条交叉对角线的空白旋转式铁谱仪谱片4平放在凹槽15内，通过目镜观察对角线交叉点，水平移动载物台3使交叉点位于视场中心，确定此时电动载物台3的位置为零点；

2)如图2所示，以显微镜电动载物台3位于零点时谱片4中心为显微镜视场位移原点，以45°为间隔角度分布出8条显微镜视场直线位移路径13，每条位移路径始于原点，终于谱片4外环以外3mm处；

3)视场在右方向路径上从原点移动到终点后自动进行复位，并在顺时针方向间隔角度为45°的下一条路径上进行移动；

4)在完成8条不同路径上的位移后，电动载物台3自动复位并停止。

如图6所示，上位机8测量磨粒覆盖面积百分数，计算铁谱定量指标数值并存储，绘出定量分析指标随采样时间变化的趋势曲线图，根据定量分析指标数值及磨损趋势对机械磨损状况进行判断，具体包括以下步骤：

1)对光密度测量分析系统进行调零调壹操作；

2)将待测谱片4放入载物台凹槽14内，当视场在位移路径上正向移动时，实时显示磨粒覆盖面积百分数与视场中心距谱片中心的距离并绘出谱位曲线；

3)分别提取视场中心距谱片4中心距离为4.5mm-6.5mm、8.5mm-10.5mm、13.5mm-15.5mm三个区间内的磨粒覆盖面积百分数极大值，3个极大值分别为谱片4内环磨粒覆盖面积百分数、中环磨粒覆盖面积百分数、外环磨粒覆盖面积百分数；

4)在所有的24个极大值提取完毕后，计算并显示谱片4内环8个不同视场的磨粒覆盖面积百分数平均值A_L、谱片中环8个不同视场的磨粒覆盖面积百分数平均值A_M、谱片外环8个不同视场的磨粒覆盖面积百分数平均值A_S、磨粒浓度A_L+A_M+A_S、磨损烈度指数[A_L+(A_M+A_S)][A_L-(A_M+A_S)]；

5)输入样本名称及取样时间对上述定量指标进行存储；

6)对于同一名称的所有样本，提取同一定量指标作出其随取样时间变化的趋势曲线图；

7)根据三线值法设置“注意”、“警告”、“故障”3条临界线，使用户可以简单直观地对机械设备进行状态监测。

其中，调零调壹包括以下操作：

1)开启显微镜透射光源，将光源电压预调到4伏左右，用10×物镜观察谱片磨粒并聚焦，然后转换成40×物镜观察谱片磨粒并聚焦；

2)把视场移至谱片上没有磨粒的干净处，然后将显微镜光路操纵杆拉出，使光线进入测头，点击光密度测量分析系统操作面板上的“调零”按键，使数字显示屏上的数字为0.000；

3)将操纵杆推入，使光线不能进入测头，点击光密度测量分析系统操作面板上的“调壹”按键，使数字显示屏上的数字为1.000；

4)将遮光率为50％的黑白滤光片盖在显微镜底座的透射光出光孔上，调节透射光源的电压调节旋钮，使数字显示屏上的数字为0.500；

5)拿出黑白滤光片，若数字显示屏上的数字不为0.000，则继续点击操作面板上的“调零”按键，使数字显示屏上的数字为0.000；

6)重复4)、5)使光密度测量分析系统同时满足3)和4)的要求，则系统校准完毕。

其中，磨粒覆盖面积百分数指显微镜观测视场内磨粒覆盖面积占整个视场面积的百分比。

如果只考虑数据采集时间，传统光密度测量仪完成24个视场的磨粒覆盖面积百分数测量至少需要12分钟，而本实用新型所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统完成8条视场位移路径的磨粒覆盖面积百分数测量不到4分钟，节省了近70％的数据采集时间，同时解决了操作人员因长时间观测而产生的视觉疲劳问题。另外，传统光密度测量仪在数据测量完毕后，还需要操作人员根据磨粒覆盖面积百分数计算其他定量参数，而本实用新型所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统在数据采集的过程中已经自动计算其他定量参数。同时，本实用新型在完成数据采集、分析后，输入样本名称及取样时间对定量参数进行存储；对于同一名称的所有样本，提取同一定量参数作出其随取样时间变化的趋势曲线图，通过三线值法对机械设备进行状态监测，简单直观。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (5)

1.一种旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，其特征在于，包括三目显微镜、带有限位开关的电动载物台、电机驱动器、光电传感器、跨阻放大器、多功能板卡以及上位机；所述三目显微镜包括光源、物镜，带有限位开关的电动载物台设置于光源与物镜之间；三目显微镜的第三目与光电传感器连接，光电传感器的光照接收面与第三目光路垂直，且光电传感器的光照接收面中心位于第三目光路轴线上；光电传感器经跨阻放大器与多功能板卡连接，多功能板卡还分别与上位机、电机驱动器连接，电机驱动器与带有限位开关的电动载物台连接。

2.根据权利要求1所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，其特征在于，所述带有限位开关的电动载物台设有用于固定旋转式铁谱仪谱片的正方形凹槽，正方形凹槽一侧设有凹槽缺口。

3.根据权利要求2所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，其特征在于，所述光源为发光二极管。

4.根据权利要求2所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，其特征在于，所述光电传感器为硅光电池。

5.根据权利要求2所述旋转式铁谱仪谱片光密度测量分析系统，其特征在于，所述带有限位开关的电动载物台由电机驱动，电机是步进电机或者伺服电机。