EA032682B1 - Способ и система измерения - Google Patents
Способ и система измерения Download PDFInfo
- Publication number
- EA032682B1 EA032682B1 EA201592216A EA201592216A EA032682B1 EA 032682 B1 EA032682 B1 EA 032682B1 EA 201592216 A EA201592216 A EA 201592216A EA 201592216 A EA201592216 A EA 201592216A EA 032682 B1 EA032682 B1 EA 032682B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fluid
- sensor
- resonant
- resonance
- properties
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 158
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 101
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 34
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 claims description 27
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 15
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 55
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 72
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 70
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 12
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000011527 multiparameter analysis Methods 0.000 description 5
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 5
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 3
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000013145 classification model Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- 238000013400 design of experiment Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012880 independent component analysis Methods 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002998 adhesive polymer Substances 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000002199 base oil Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- -1 engine exhaust Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012208 gear oil Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000012567 pattern recognition method Methods 0.000 description 1
- 238000002256 photodeposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/026—Dielectric impedance spectroscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
- G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
- G01N33/2888—Lubricating oil characteristics, e.g. deterioration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Предлагается система, содержащая датчик для измерения резонансного импедансного спектрального отклика индуктивно-резистивно-емкостного (LCR) резонатора и корреляции измеренного отклика для одного или более спектральных параметров с одной или более характеристиками текучей среды. Такие характеристики могут представлять собой время использования или состояние текучей среды и/или идентификацию и концентрацию компонентов в текучей среде.
Description
Раскрываются формы осуществления изобретения, которые касаются способов и систем измерения. Датчики, такие как резонансные датчики, могут включать индуктивно-емкостно-резистивные (LCR) датчики, которые могут использоваться как датчики или преобразователи для измерения параметров текучих сред.
Уровень техники
Надежное измерение параметров текучих сред может быть полезно при применениях подвижного и стационарного оборудования. Например, если оборудование представляет собой двигатель транспортного средства, а текучая среда представляет собой моторное масло, то сведения о состоянии масла могут использоваться для уменьшения или предотвращения времени неожиданного простоя, обеспечения экономии путем предотвращения ненужной замены масла и улучшения планирования интервалов обслуживания в транспортных средствах, таких как локомотивы, служебные грузовые автомобили большой и малой грузоподъемности, транспортные средства для горной промышленности, строительства и сельского хозяйства. Другие примеры применения стационарного оборудования могут включать турбины и генераторные установки. Кроме того, сведения о состоянии моторного масла помогают предотвратить или уменьшить затраты в течение всего срока службы пассажирских вагонов, улучшить управление интервалами обслуживания и продлить срок службы двигателя.
Стандартная (классическая) импедансная спектроскопия представляет собой технологию, которая используется, чтобы характеризовать аспекты рабочих характеристик материала. В классической импедансной спектроскопии материал может быть помещен между электродами и исследован в широкой полосе частот (от долей Гц до десятков ГГц) с получением фундаментальной информации о диэлектрических свойствах материала. Однако стандартная импедансная спектроскопия может быть ограничена вследствие ее низкой чувствительности в описываемых измерительных конфигурациях и чрезмерно большого времени сбора данных в широкой полосе частот.
Может быть желательно иметь системы и способы, отличающиеся от тех систем и способов, которые имеются в настоящее время.
Сущность изобретения
В одной форме осуществления изобретения предлагается система для анализа текучей среды. Система может содержать датчик. Датчик может содержать индуктивно-резистивно-емкостный (LCR) резонансный контур, измерительный участок, содержащий по меньшей мере часть LCR-контура, и контроллер, подключенный к измерительному участку. Измерительный участок может помещаться в рабочий контакт с исследуемой текучей средой. Контроллер может принимать электрический сигнал от датчика. Сигнал может представлять спектры резонансного импеданса измерительного участка во время рабочего контакта с текучей средой в измеряемой спектральной полосе частот. Сигнал может использоваться для анализа спектров резонансного импеданса и определения одного или более свойств текучей среды на основе проанализированных спектров резонансного импеданса.
В одной форме осуществления изобретения способ включает возбуждение датчика, находящегося в контакте с текучей средой. Датчик может содержать резонансный LCR-контур для работы на одной или более частотах в полосе частот анализа. Сигнал может приниматься от датчика в полосе частот анализа. Сигнал содержит информацию о датчике, находящемся в контакте с текучей средой. Одно или более свойств текучей среды могут определяться по меньшей мере частично на основе спектров резонансного импеданса.
В одной форме осуществления изобретения предлагается система, которая содержит резонансный датчик и контроллер. Датчик может измерять комплексную диэлектрическую проницаемость текучей среды. Контроллер может быть связан с датчиком и может принимать электрический сигнал от датчика. Сигнал может представлять спектры резонансного импеданса текучей среды в измеряемой спектральной
- 1 032682 полосе частот. Контроллер может определять комплексную диэлектрическую проницаемость текучей среды, по меньшей мере, частично на основе спектров резонансного импеданса.
Краткое описание чертежей
Эти и другие особенности данного изобретения станут более понятными из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные обозначения представляют аналогичные части.
На фиг. 1 показана структурная схема системы для оценки текучей среды согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 2 - схема резонансного датчика согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 3 - схема части примера измерительной системы, использующей узел датчиков, сконфигурированный для измерения текучей среды с использованием множества частот, в соответствии с формами осуществления данного изобретения;
на фиг. 4 - пример эквивалентной схемы резонансного датчика согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 5А - пример приспособленной для резонансного измерения метки радиочастотной идентификации (Radio Frequency Identification, RFID), в которой измерительный участок составляет всю резонансную антенну или ее часть согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 5В - пример приспособленной для резонансного измерения метки RFID, в которой измерительный участок находится в гальваническом контакте с антенной и интегральной схемой памяти, согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 6 - график измеренных параметров резонансного импеданса для формы осуществления резонансного датчика в соответствии с изобретением;
на фиг. 7А - пример резонансного датчика согласно форме осуществления изобретения, в котором измерительный участок расположен параллельно оси датчика, вставляемого в измеряемую текучую среду, и поэтому перпендикулярно к гнезду для вставки датчика;
на фиг. 7В согласно форме осуществления изобретения показан пример резонансного датчика, в котором измерительный участок расположен перпендикулярно к оси датчика, вставляемого в измеряемую текучую среду, и поэтому параллельно гнезду для вставки датчика;
на фиг. 8А показан пример измерения свойств текучей среды посредством датчика в резервуаре для текучей среды, когда датчик встроен в резервуар, при этом измерительный участок датчика подвергается воздействию текучей среды, а устройство считывания данных датчика расположено вблизи датчика и соединено с датчиком кабелем согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 8В - пример измерения свойств текучей среды посредством датчика в резервуаре для текучей среды, когда датчик встроен в резервуар, при этом измерительный участок датчика подвергается воздействию текучей среды, а устройство считывания данных датчика непосредственно соединено с датчиком согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 9 - блок-схема оценки свойств текучей среды согласно форме осуществления изобретения;
на фиг. 10 - график данных резонансного импеданса для обнаружения машинного масла, воды и топлива с выделенным просачиванием воды;
на фиг. 11 - график данных резонансного импеданса для обнаружения машинного масла, воды и топлива с выделенным просачиванием топлива;
на фиг. 12 - анализ главных компонент спектральных параметров резонансного импеданса;
на фиг. 13 - график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в смесях воды/топлива/масла с использованием одного резонансного датчика;
на фиг. 14 - график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями топлива в смесях воды/топлива/масла с использованием одного резонансного датчика;
на фиг. 15А - график спектрального параметра, показывающий разрешающую способность резонансного датчика для различения гексана и толуола;
на фиг. 15В - график спектрального параметра, показывающий разрешающую способность определения добавления воды в диоксан;
на фиг. 16А - график вещественной части спектров резонансного импеданса после добавления сажи и воды;
на фиг. 16В - график мнимой части спектров резонансного импеданса после добавления сажи и воды;
на фиг. 17 - график счетов анализа главных компонент (Principal Components Analysis, PCA) для главной компоненты 1 (Principal Component 1, РС1) в зависимости от главной компоненты 2 (Principal Component 2, РС2) после воздействия на датчик пятью растворами и выполнения измерений резонансного импеданса;
на фиг. 18А - график четырех резонансных спектральных профилей от одного датчика для незагрязненного диоксана;
на фиг. 18В - график резонансных спектральных профилей от одного датчика после добавления воды в диоксан;
на фиг. 19 - график влияния конструкции датчика на чувствительность измерений Fp;
- 2 032682 на фиг. 20 - влияние конструкции датчика на чувствительность измерений Zp;
на фиг. 21 - график результатов измерений воды в масле с двумя многопараметрическими резонансными датчиками;
на фиг. 22 - график счетов разработанной модели РСА для откликов резонансного датчика на добавления воды при различных значениях температуры, показывающий различные направления отклика;
на фиг. 23 - график результатов многопараметрической линейной регрессионной модели с использованием метода частных наименьших квадратов для количественного определения концентраций воды в масле с использованием откликов одного датчика;
на фиг. 24А - график изменения во времени фактических (измеренных) концентраций воды в масле при трех значениях температуры (сплошная линия) и предсказанных концентраций (незаштрихованные кружки);
на фиг. 24В - график изменения во времени погрешности предсказания между фактическими и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры;
на фиг. 24С - график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры;
на фиг. 25А - график изменения во времени фактических (измеренных) концентраций воды в масле при трех значениях температуры (сплошная линия) и предсказанных концентраций (незаштрихованные кружки) с использованием откликов многопараметрического резонансного датчика и датчика температуры масла;
на фиг. 25В - график изменения во времени погрешности предсказания между фактическими и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры с использованием откликов многопараметрического резонансного датчика и датчика температуры масла;
на фиг. 25С - график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры с использованием откликов многопараметрического резонансного датчика и датчика температуры масла;
на фиг. 26 - отклик разработанного резонансного датчика на просачивание воды в моторное масло на уровнях 25, 25 и 50 ppm (10-6);
на фиг. 27А - отклик эталонного емкостного датчика на просачивание воды в моторное масло на уровнях 25, 25, 50, 100, 200, 500 и 1000 ppm. На вставке показан отклик на начальное просачивание воды;
на фиг. 27В - отклик разработанного резонансного датчика на просачивание воды в моторное масло на уровнях 25, 25, 50, 100, 200, 500 и 1000 ppm. На вставке показан отклик на начальное просачивание воды;
на фиг. 28А проиллюстрирована работа разработанного резонансного датчика в одноцилиндровом двигателе локомотива в течение приблизительно 34 суток. Показаны температура масла и отклик датчика;
на фиг. 28В показана корреляция между откликом разработанного резонансного датчика в одноцилиндровом двигателе локомотива в течение приблизительно 34 суток и температурой масла;
на фиг. 29 - схема динамических сигнатур просачивания в типичных компонентах двигателя внутреннего сгорания.
Подробное описание изобретения
Описываются формы осуществления изобретения, которые касаются способов и систем измерения. Датчики, такие как резонансные датчики, могут включать индуктивно-резистивно-емкостные датчики (LCR), которые могут использоваться как датчики или преобразователи для измерения параметров текучих сред. Предлагаемые здесь датчики имеют часть, представляющую собой резонансную структуру, которая показывает различимые изменения в присутствии текучей среды и различных компонентов или загрязняющих примесей в текучей среде.
В одной форме осуществления изобретения датчик может содержать индуктивно-резистивноемкостный резонансный контур (LCR) с резонансной частотной характеристикой, обеспечиваемой резонансным импедансом (Z) этого контура. Датчики, которые предлагаются здесь, могут быть способны измерять исследуемые свойства в присутствии различных источников шума и при работе в различных температурных условиях с обеспечением стабильных рабочих характеристик датчика во времени. Предлагаемые здесь датчики содержат индуктивно-резистивно-емкостные контуры (LCR), которые могут функционировать как датчики или как преобразователи. Спектр резонансного импеданса датчика может измеряться посредством индуктивной связи между воспринимающей катушкой и датчиком или непосредственно путем подключения к устройству считывания данных датчика. Электрический отклик датчика может преобразовываться в изменения резонансного импеданса датчика.
Не ограничивающие изобретение примеры изменений сигнала отдельного датчика могут включать комбинированное и одновременное изменение резонансного импеданса, изменение индуктивности, изменение сопротивления и изменение емкости. Подходящие датчики и системы, раскрытые здесь, могут улучшить возможность измерения изменений в текучей среде, такой как моторное масло или топливо, посредством контакта с ней датчика между электродами, которые образуют резонансный контур датчика. Резонансный контур датчика может быть электрическим резонансным контуром. Другие резонансные контуры могут включать механический резонатор, при этом изменение вязкости и/или плотности теку
- 3 032682 чей среды влияет на отклик механических резонаторов.
Подходящие механические резонаторы могут включать камертонные резонаторы, резонаторы с колебаниями сдвига по толщине, резонаторы на основе кварцевых кристаллических микровесов, резонаторы поверхностных акустических волн, резонаторы объемных акустических волн и др. В отличие от этих и других механических резонаторов на электрические резонаторы нельзя предсказуемо влиять изменениями вязкости и/или плотности текучей среды. Вместо этого на них можно предсказуемо влиять изменениями комплексной диэлектрической проницаемости текучей среды. Электрические резонаторы могут иметь очень сложную конструкцию, например пороговые генераторы требуют сложных многокомпонентных схем.
Деградация, по меньшей мере, некоторых масел и смазочных материалов может приводить к образованию молекул и/или других функциональных групп, которые могут быть относительно более полярными, чем масло и смазочный материал, из которого они образовались. Базовое масло или смазочный материал могут содержать длинные цепные молекулы углеводорода, которые являются слабо полярными. Таким образом, присутствие полярных загрязняющих примесей может увеличивать одну или более частей комплексной диэлектрической проницаемости масла.
Согласно одному из аспектов изобретения резонансные преобразователи работают как реконфигурируемые резонансные структуры на множестве частот для контроля состояния текучих сред (и, кроме того, например, состояния исправности оборудования, контактирующего с такими текучими средами) и более точного зондирования диэлектрических свойств любых образцов в присутствии неконтролируемого шума окружающей среды. Контроль состояния текучих сред включает определение состава или загрязнения такой текучей среды.
Не ограничивающие изобретение примеры мешающих компонентов и шума окружающей среды включают температуру и наличие помех в образце. Термин помеха включает любой параметр окружающей среды, который нежелательно влияет на точность и достоверность измерений датчика. Термин мешающий компонент относится к материалу или состоянию окружающей среды, которые потенциально могут вызывать ошибочный отклик датчика. Могут использоваться (физические, химические и/или электронные) фильтры, основанные на параметрах, зависящих от применения, для уменьшения, устранения или учета присутствия и/или концентрации таких мешающих компонентов.
На фиг. 1 показана система 10, которая может быть полезной для оценки свойств текучей среды, с которой она контактирует. В качестве иллюстрации типичная текучая среда может быть моторным маслом. Система может содержать резервуар 12 для текучей среды и датчик 14. Альтернативно, датчик может быть установлен в канале для текучей среды. Датчик может быть резонансным датчиком, расположенным в резервуаре или на нем, или может быть соединен с линейными соединителями, связанными по текучей среде с резервуаром для текучей среды и задающими канал для текучей среды. В одной форме осуществления изобретения датчик может обеспечивать непрерывный контроль текучей среды в резервуаре или канале для текучей среды.
Подходящие текучие среды могут включать углеводородные топлива и смазочные материалы. Подходящие смазочные материалы могут включать моторное масло, трансмиссионное масло, рабочую жидкость для гидравлических систем, смазочные масла, смазочные материалы на синтетической основе, смазочные текучие среды, консистентные смазки, силиконы и т.п. Подходящее топливо может включать бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей или керосин, биотопливо, смеси нефтяного дизельного топлива и биодизельного топлива, природный газ (сжиженный или сжатый) и нефтяное топливо. Другими текучими средами могут быть изоляционные масла в трансформаторах, растворители или смеси растворителей. При подходящих параметрах датчика могут быть включены другие текучие среды, такие как вода, воздух, отработанные газы двигателя, биологические текучие среды и органические и/или растительные масла. Текучая среда может быть жидкостью или может быть в газообразной фазе. Кроме того, предполагаются многофазные композиции.
Не ограничивающие изобретение примеры различных компонентов текучей среды включают непреднамеренные утечки из ближайших систем (например, жидкость из радиатора в моторном масле или конденсация воды в дизельном топливе или трансформаторном масле). Другие обнаруживаемые компоненты текучей среды могут включать продукты деградации текучей среды, вызванной повышенной температурой эксплуатации или контактом с окислителями (воздухом и т.д.). Эксплуатация системы может вносить такие компоненты текучей среды как грязь, соль, сажа или углерод, металлические частицы износа, продукты износа и другие. В некоторых окружающих средах компонентом текучей среды могут быть отложения из-за бактерий и т.п. Во всех случаях может быть полезно косвенное измерение, такое как возрастание водородного показателя рН, которое указывает на присутствие кислотного компонента.
Датчик может определять характеристики текучей среды посредством резонансного импедансного спектрального отклика. Один или более LCR-резонаторов могут измерять резонансный импедансный спектральный отклик. В отличие от простых измерений резонансного импеданса, раскрываемые формы осуществления изобретения зондируют образец с помощью по меньшей мере одного резонансного электрического контура. Спектр резонансного импеданса датчика вблизи образца (датчика в рабочем контакте с текучей средой) изменяется в зависимости от состава и/или компонентов и/или температуры образ
- 4 032682 ца. Измеренные значения резонансного импеданса Z' (которые могут быть вещественной частью резонансного импеданса Zre) и Z (которые могут быть мнимой частью резонансного импеданса Zim) отражают отклик текучей среды (например, части текучей среды вблизи датчика) на возбуждающее воздействие электрического поля резонансного электрического контура.
Электрическое поле может прикладываться датчиком с помощью электродов. Электроды могут быть в прямом или непрямом электрическом контакте с образцом. Например, датчик может быть комбинацией измерительного участка и связанных с ним схем. Измерительный участок может быть оголенным или покрытым диэлектрическим защитным слоем. В обоих случаях измерительный участок может рассматриваться как находящийся в рабочем контакте с текучей средой. В таких формах осуществления изобретения схемы настройки могут непосредственно не контактировать с текучей средой. Примером косвенного электрического контакта с образцом может быть случай, когда структура воспринимающего электрода покрыта диэлектрическим защитным покрытием, а электрическое поле, которое может формироваться между электродами, взаимодействует с текучей средой после проникновения сквозь диэлектрическое защитное покрытие. Соответствующее диэлектрическое защитное покрытие может быть конформно нанесено на электрод.
Подходящие датчики могут включать однократно или многократно используемые датчики. Подходящий многократно используемый резонансный датчик может быть датчиком многоразового использования и может использоваться в течение срока службы системы, в которую он встроен. В одной форме осуществления изобретения резонансный датчик может быть однократно используемым датчиком, который может использоваться в течение всей или части реакции или процесса. Например, резонансный датчик может содержать одну или более пар электродов и один или более элементов настройки, например, резистор, конденсатор, катушку индуктивности, резонатор, трансформатор импеданса или комбинацию двух или более из них для формирования индуктивно-резистивно-емкостного резонансного контура (LCR), работающего по меньшей мере на одной резонансной частоте. В некоторых формах осуществления изобретения различные резонансные контуры из множества резонансных контуров резонансного датчика могут быть сконфигурированы для обеспечения резонанса на различных частотах. Различные частоты могут быть выбраны так, чтобы охватывать профиль дисперсии измеряемой композиции текучей среды. Профиль дисперсии может представлять собой зависимость диэлектрических свойств композиции текучей среды от частоты зондирования. Различные компоненты текучей среды имеют различные профили дисперсии. При измерении на множестве резонансных частот могут быть определены концентрации различных компонентов текучей среды.
Данные от резонансного датчика могут собираться с помощью схемы 16 сбора данных, которая может быть связана с датчиком или с системой управления, такой как контроллер или рабочая станция 22, содержащая схему обработки данных, в которой может выполняться дополнительная обработка и анализ. Контроллер или рабочая станция могут содержать один или более компонентов беспроводной или проводной связи и могут также поддерживать связь с другими компонентами системы. Подходящие модели связи включают беспроводную или проводную связь. По меньшей мере одна подходящая беспроводная модель включает радиочастотные устройства, такие как устройства радиосвязи на основе технологии радиочастотной идентификации (RFID). Другие способы радиосвязи могут использоваться на основе специфических для применения параметров. Например, при наличии электромагнитных помех некоторые способы могут работать, а другие нет. Электрическая схема сбора данных может быть расположена в резервуаре для жидкости, как показано на фиг. 2. Другие подходящие места могут включать расположение в рабочей станции. Кроме того, рабочая станция может быть заменена системой управления всем технологическим процессом, в которой резонансный датчик и его схема сбора данных могут быть подключены к системе управления технологическим процессом.
Во время работы процесс контроля может связываться, помимо прочего, с работой двигателя внутреннего сгорания, с работой маслонаполненного трансформатора, процессом химической реакции, процессом биологической реакции, процессом очистки и/или разделения, каталитическим процессом, обычным процессом сгорания, производством сырой нефти, производством неочищенного газа, извлечением вещества и другими промышленными процессами. Схема сбора данных может быть в виде устройства считывания данных датчика, которое может быть сконфигурировано для осуществления беспроводной или проводной связи с резервуаром для текучей среды и/или рабочей станцией. Например, устройство считывания данных датчика может быть работающим от батареи устройством и/или может питаться с использованием энергии, подаваемой от главной системы управления, или с использованием энергии, собираемой от окружающих источников (световой, вибрационной, тепловой или электромагнитной энергии).
Кроме того, электрическая схема сбора данных может принимать данные от одного или более резонансных датчиков 14 (например, множества датчиков, скомпонованных в матрицу, или множества датчиков, установленных в различных местах в резервуаре для текучей среды или вокруг него). Данные могут сохраняться в кратковременных или долговременных запоминающих устройствах, таких как системы хранения и передачи, которые могут быть расположены в системе или удаленно от нее, и/или воспроизводиться и отображаться для оператора, например, на рабочей станции оператора. Не ограничивающие
- 5 032682 изобретение примеры расположения и установки датчиков и систем датчиков данной технологии включают резервуары для топлива или текучей среды, связанные с ними компоненты трубопроводов, соединители, проточные компоненты и любые другие соответствующие компоненты технологического процесса.
В дополнение к отображению данных рабочая станция оператора может управлять описанными выше операциями и функциями системы. Рабочая станция оператора может содержать один или более компонентов на основе процессора, таких как универсальные или специализированные компьютеры 24. В дополнение к компонентам на основе процессора компьютер может содержать различные компоненты памяти и/или хранения, включая магнитные и оптические запоминающие устройства большой емкости, внутреннюю память, такую как интегральные схемы оперативной памяти (Random Access Memory, RAM). Компоненты памяти и/или хранения могут использоваться для хранения программ и подпрограмм для реализации описанной здесь технологии, которые могут выполняться рабочей станцией оператора или связанными с ней компонентами системы. Альтернативно, программы и подпрограммы могут храниться на доступном компьютеру запоминающем устройстве и/или в памяти, удаленной от рабочей станции оператора, но доступной посредством сети и/или интерфейсов связи, имеющихся на компьютере. Компьютер может содержать также различные интерфейсы ввода-вывода (Input/Output, I/O), a также различные сетевые интерфейсы или интерфейсы связи. Различные интерфейсы ввода-вывода могут обеспечивать возможность связи с интерфейсными устройствами пользователя, такими как дисплей 26, клавиатура 28, мышь 30 и принтер 32, которые могут использоваться для просмотра и ввода информации о конфигурации и/или для работы системы отображения. Другие устройства, не показанные на чертежах, могут быть полезны для связи с помощью интерфейсов, таких как сенсорные панели, устройства индикации на лобовом стекле, микрофоны и т.п. Различные сетевые интерфейсы и интерфейсы связи могут обеспечивать подключение к локальным и глобальным интрасетям и сетям хранения данных, а также к сети Интернет. Различные интерфейсы ввода-вывода и связи могут использовать провода, линии или подходящие беспроводные интерфейсы при необходимости.
Датчик может содержать множество резонансных контуров, которые могут быть сконфигурированы для зондирования текучей среды с использованием множества частот в резервуаре для текучей среды. Резервуар для текучей среды может быть резервуаром, который ограничен изготовленными непроницаемыми для текучей среды стенками или естественно сформированными непроницаемыми для текучей среды стенками, или расстоянием распространения электромагнитной энергии, излучаемой из измерительного участка для зондирования текучей среды. Кроме того, могут использоваться различные частоты для зондирования образца текучей среды на различных глубинах. В некоторых формах осуществления изобретения кристалл интегральной схемы памяти может быть гальванически соединен с резонансным датчиком. Кристалл интегральной схемы памяти может содержать различные виды информации. Не ограничивающие изобретение примеры такой информации в памяти кристалла интегральной схемы включают калибровочные коэффициенты для датчика, номер партии датчиков, дату производства, информацию для конечного пользователя. В другой форме осуществления изобретения резонансный датчик может быть встречно-штыревой структурой, которая является частью резонатора и имеет измерительный участок.
В некоторых формах осуществления изобретения, когда кристалл интегральной схемы памяти может быть гальванически подключен к резонансному датчику, считывание отклика датчика может выполняться устройством считывания данных датчика, которое содержит схему, пригодную для считывания аналоговой части датчика. Аналоговая часть датчика может содержать резонансный импеданс. Цифровая часть датчика может содержать информацию из кристалла интегральной схемы памяти.
На фиг. 2 показан не ограничивающий изобретение пример конструкции резонансного датчика. Структура 34 воспринимающего электрода датчика может быть соединена со схемами настройки и схемой сбора данных. Структура 34 воспринимающего электрода может быть оголенной и может находиться в непосредственном контакте с текучей средой. Альтернативно, структура воспринимающего электрода может быть покрыта защитным покрытием 36. Структура воспринимающего электрода без защитного покрытия или с защитным покрытием формирует измерительный участок 38. Покрытие может наноситься конформно и может быть диэлектрическим материалом. Структура воспринимающего электрода без защитного покрытия или с защитным покрытием, которая формирует измерительный участок, может при работе контактировать с текучей средой. Текучая среда содержит вещество, определяемое при анализе, или примесь (примеси). Структура воспринимающего электрода может быть без защитного покрытия (оголенная) или с защитным покрытием. Оголенная структура воспринимающего электрода может формировать между электродами электрическое поле, которое непосредственно взаимодействует с текучей средой. Структура воспринимающего электрода с диэлектрическим защитным покрытием может формировать электрическое поле между электродами, которое взаимодействует с текучей средой после проникновения сквозь диэлектрическое защитное покрытие. В одной форме осуществления изобретения покрытие может наноситься на электроды для образования конформного защитного слоя, имеющего одинаковую толщину на всей поверхности электродов и между электродами на подложке. Там, где покрытие наносилось на электроды для образования защитного слоя, оно может иметь в основном посто
- 6 032682 янную или переменную конечную толщину на подложке и электродах датчика на подложке. В другой форме осуществления изобретения подложка одновременно служит защитным слоем, если электроды отделяются от текучей среды подложкой. В этом варианте подложка имеет электроды на одной стороне, которая может не контактировать непосредственно с текучей средой, так что другая сторона подложки не имеет электродов, которые обращены к текучей среде. Измерение текучей среды может выполняться, когда электрическое поле от электродов проникает через подложку в текучую среду. Подходящие примеры таких материалов подложки могут включать керамику, оксид алюминия, оксид циркония и другие.
На фиг. 3 показана часть системы резонансных датчиков, имеющая один измерительный участок 38 и используемая в блоке 40 датчиков, пригодном для зондирования образца текучей среды с использованием множества частот. Измерительный участок может располагаться на подложке и может содержать подходящий воспринимающий материал. В некоторых формах осуществления изобретения подложка датчика может быть диэлектрической подложкой. В некоторых формах осуществления изобретения блок датчиков может содержать множество элементов 42 настройки. Множество элементов настройки может быть функционально связано с одним измерительным участком с образованием множества резонансных контуров. Элементы настройки наряду с одним измерительным участком могут образовывать множество резонансных контуров. Каждый резонансный контур из множества резонансных контуров может содержать один или более элементов настройки из множества элементов настройки. Не показаны на чертеже полупроницаемая пленка, полупроницаемая мембрана или полупроницаемый неорганический барьер (все вместе называемые избирательным барьером), который позволяет (или препятствует) выборочным анализируемым веществам или загрязняющим примесям проходить сквозь избирательный барьер в измерительный участок.
Подходящие структуры встречно-штыревых электродов включают структуры с двумя и четырьмя электродами. Подходящие материалы для электродов включают нержавеющую сталь, платину, золото, благородные металлы и другие. Подходящие материалы для подложки и/или диэлектрического защитного слоя могут включать диоксид кремния, нитрид кремния, парилен, силикон, фторированные полимеры, оксид алюминия, керамику и другие. Подходящие электроды могут формироваться с использованием технологий травления металла, трафаретной печати, струйной печати и способов осаждения металла на основе фотошаблона. Толщина изготавливаемых электродов на подложках может быть в диапазоне приблизительно от 10 нм до 1000 мкм. Материалы для структур встречно-штыревых электродов, подложки, диэлектрического защитного слоя и способы формирования электродов могут выбираться, по меньшей мере, частично на основе параметров, зависящих от применения.
Как показано на чертеже, в форме осуществления изобретения множество элементов настройки может быть расположено вне датчика. Однако в одной форме осуществления изобретения элементы настройки могут быть расположены на подложке датчика. В другой форме осуществления изобретения часть множества элементов настройки может быть расположена вне подложки датчика, в то время как другие элементы настройки могут быть расположены на подложке. Элементы настройки могут включать резистор, конденсатор, катушку индуктивности, резонатор, трансформатор импеданса или их комбинации.
Блок 10 датчиков может содержать контроллер, который имеет мультиплексор 44. Мультиплексор может обеспечивать электронное переключение между элементами настройки. Мультиплексор может выбирать один или более сигналов, связанных с частотами зондирования, и пересылать выбранный сигнал на выходное устройство или устройство считывания. В одной форме осуществления изобретения мультиплексор может избирательно передавать сигналы на выходное устройство или устройство считывания. Мультиплексор может одновременно передавать множество сигналов на устройство считывания данных датчика. Мультиплексор может осуществлять электронное переключение между измерительными участками.
Во время работы каждый резонансный контур может резонировать на определенной частоте. По меньшей мере один резонансный контур может резонировать на частоте, которая может отличаться от резонансной частоты других резонансных контуров. Для примера, если измерительный участок содержит пару электродов, элементы настройки могут быть резистором, конденсатором и катушкой индуктивности и формировать индуктивно-резистивно-емкостный резонансный контур (LCR). Элементы настройки могут быть электрически соединены с измерительным участком. В одной форме осуществления изобретения элементы настройки могут быть подключены параллельно измерительному участку. В некоторых формах осуществления изобретения различные резонансные контуры из множества резонансных контуров могут быть сконфигурированы для обеспечения резонанса на различных частотах. Различные резонансные контуры могут быть сконфигурированы так, чтобы зондировать образец текучей среды с использованием множества резонансных частот. Могут использоваться различные резонансные частоты для зондирования образца текучей среды в полосе частот спектральных дисперсий. Спектральные дисперсии, которые могут контролироваться датчиками данного изобретения, могут быть в полосе частот приблизительно от 0,1 Гц до 100 ГГц и включать альфа, бета, гамма, дельта и другие типы спектральных дисперсий, что определяется параметрами, зависящими от применения.
На фиг. 4 показана другая схема 10 датчика. Измерительный участок 38 (показанный с переменным
- 7 032682 резистором и конденсатором) объединен с компонентами 42 настройки (показанными с переменными индуктивностью и емкостью). Чтобы реализовать оклик датчика в другой полосе частот, для настройки полосы частот могут использоваться дополнительные элементы схемы. Поэтому датчик может работать в нескольких полосах частот с использованием определяемой или выбираемой комбинации дополнительных компонентов схемы, таких как катушки индуктивности, конденсаторы и трансформаторы импеданса. Эти компоненты могут быть включены параллельно или последовательно с датчиком для изменения рабочей полосы частот. Контроллер может управлять коэффициентом преобразования трансформатора импеданса, чтобы воздействовать на чувствительность. Частотная характеристика датчика и ее амплитуда могут быть основаны, по меньшей мере, частично на полных изменениях входного резонансного импеданса вследствие отклика датчика на состояние ячейки, ее поведение и т.п. Таким образом, чувствительность датчика может управляться посредством возможности динамической настройки коэффициента преобразования. Настройка отклика каждого канала может достигаться, например, с использованием одной или более катушек индуктивности. В одной форме осуществления изобретения беспроводное считывание с электродов может обеспечивать улучшение избирательности и чувствительности отклика. В одной форме осуществления изобретения связь на основе трансформатора может устранить паразитные LCR-компоненты из оборудования (анализатора, кабелей, среди прочего). LCR-резонатор, показанный на фиг. 4, имеет относительно простую конструкцию по сравнению с другими резонаторами, например по сравнению с пороговыми генераторами, которые требуют сложных многокомпонентных схем для их работы и включают усилитель с обратной связью по току и другие компоненты.
Как отмечено здесь, подходящий беспроводной датчик может быть датчиком радиочастотной идентификации (RFID), в котором пассивная метка RFID может быть сконфигурирована для выполнения функции измерения. На фиг. 5А и 5В показана форма осуществления изобретения, в которой резонансный датчик может быть сконфигурированной меткой RFID. На фиг. 5А резонансная антенна 50 и интегральная схема 52 памяти могут быть покрыты защитным материалом или воспринимающим материалом 56. Воспринимающий материал может быть измерительным участком метки RFID. На фиг. 5В измерительный участок (который может опционально содержать защитный или воспринимающий материал) может быть прикреплен к антенне. В обоих случаях (фиг. 5А и 5В) электрический отклик измерительного участка может быть преобразован в изменения отклика резонансного импеданса датчика. Датчик RFID, имеющий интегральную схему памяти, может работать с частотой, определяемой, по меньшей мере, частично рабочей частотой, используемой интегральной схемой памяти. Т.е. некоторые рабочие частоты (датчика и интегральной схемы) могут создавать помехи друг другу, при этом может быть нежелательно иметь создающие помехи гармоники или вредные колебания. Датчик может иметь круглый, квадратный, цилиндрический, прямоугольный или другой подходящей формы измерительный участок и/или антенну.
Резонансная частота антенного контура может быть установлена на частоту, более высокую, чем резонансная частота схемы датчика. Степень различия частот может быть, например, в диапазоне приблизительно от 4 до 1000 раз выше. В одной форме осуществления изобретения схема датчика может иметь резонансную частоту, которая может отвечать определенному воспринимаемому состоянию окружающей среды. Эти два резонансных контура могут быть связаны так, что когда энергия переменного тока (Alternating Current, AC) принимается антенным резонансным контуром, то он может использовать энергию постоянного тока для питания резонансного контура датчика. Энергия АС может подаваться с помощью диода и конденсатора и может передаваться резонансному контуру датчика посредством параллельного LC-контура или отвода у катушки L параллельного LC-контура или отвода у конденсатора С параллельного LC-контура. Кроме того, эти два резонансных контура могут быть соединены так, что напряжение от резонансного контура датчика может изменять импеданс антенного резонансного контура. Модуляция импеданса антенной схемы может осуществляться с помощью транзистора, например полевого транзистора (Field-Effect Transistor, FET).
Интегральная схема памяти датчика RFID может быть опциональной. Датчик RFID без интегральной схемы памяти может быть резонансным LCR-датчиком и может работать в различных полосах частот от килогерца до гигагерца. Т.е. отсутствие интегральной схемы памяти может расширить доступную полосу частот.
Подходящие воспринимающие материалы и воспринимающие пленки, которые описаны здесь, могут включать материалы, нанесенные на датчик для выполнения функции предсказуемого и воспроизводимого воздействия на резонансный импедансный отклик датчика после взаимодействия со средой. Например, проводящий полимер, такой как полианилин, изменяет свою электропроводность при воздействии растворов с различным уровнем рН. Т.е. характеристика резонансного импеданса датчика изменяется как функция рН, когда такая пленка проводящего полимера наносится на поверхность датчика RFID. Таким образом, такой датчик RFID работает как датчик рН.
В качестве примера обнаружения газовой среды, когда такая полианилиновая пленка нанесена на датчик RFID для проведения измерения в газовой фазе, характеристика комплексного резонансного импеданса датчика также изменяется при воздействии основных (например, NH3) или кислых (например, HCl) газов. Подходящие пленки датчика включают полимерные, органические, неорганические, биоло
- 8 032682 гические, композитные и нанокомпозитные пленки, которые изменяют свои электрические и/или диэлектрические параметры в зависимости от среды, в которую они помещены. Другими примерами воспринимающих пленок может быть сульфированный полимер, такой как коммерчески доступный Нафион, клеевой полимер, такой как силиконовый клей, неорганическая пленка, такая как пленка, приготовленная с помощью золь-гелевой технологии, композитная пленка, такая как углеродно-полиизобутиленовая пленка, нанокомпозитная пленка, такая как пленка на основе углеродных нанотрубок на основе нафиона, полимерная пленка с наночастицами золота, полимерная пленка с наночастицами металла, цеолиты, металлоорганические структуры, клеточные соединения, клатраты, соединения включения, полученные методом электроформования полимерные нановолокна, полученные методом электроформования неорганические нановолокна, полученные методом электроформования композитные нановолокна и другие воспринимающие материалы, выбираемые на основе параметров, зависящих от применения. Для уменьшения или предотвращения просачивания материала воспринимающей пленки датчика в жидкую среду, воспринимающие материалы могут быть прикреплены к поверхности датчика с использованием стандартных способов, таких как ковалентное связывание, электростатическое связывание и другие способы.
В одной форме осуществления изобретения система может измерять резонансный импеданс Z(f) датчика (представленный уравнением (1)) ζ(0 = ζ„(0+/ζ^0. (Я где Zre(f) может быть вещественной частью резонансного импеданса, а Zim(f) может быть мнимой частью резонансного импеданса. В одной форме осуществления изобретения резонансный импедансный отклик датчика может быть многопараметрическим откликом, поскольку может использоваться более одной частоты для измерения отклика датчика при резонансе датчика. В некоторых формах осуществления изобретения резонансный импедансный отклик датчика может быть многопараметрическим откликом, потому что может использоваться более одной частоты для измерения отклика датчика вне резонансного максимума датчика. В некоторых формах осуществления изобретения отклик датчика может измеряться на множестве частот при резонансе датчика. Например, если датчик резонирует приблизительно на 1 МГ ц, измеряемые частоты и связанные с ними отклики датчика могут измеряться приблизительно от 0,25 до 2 МГц. Этот многопараметрический отклик может быть проанализирован с использованием многопараметрического анализа. Многопараметрический отклик датчика включает полный спектр резонансного импеданса датчика и/или несколько отдельно измеренных параметров, включая, не ограничиваясь этим, Fp, Zp, Fz, F1, F2, Z1 и Z2.
На фиг. 6 показан график измеряемых параметров резонансного импеданса для формы осуществления резонансного датчика в соответствии с формами осуществления данной технологии. Эти и другие измеренные параметры могут быть спектральными параметрами. Эти параметры включают частоту максимума вещественной части резонансного импеданса (Fp, положение резонансного максимума), амплитуду вещественной части резонансного импеданса (Zp, высоту пика), частоту нулевого реактивного сопротивления (Fz, частоту, на которой мнимая часть резонансного импеданса может быть нулевой), резонансную частоту мнимой части резонансного импеданса (F1), и антирезонансную частоту мнимой части резонансного импеданса (F2), амплитуду сигнала (Z1) на резонансной частоте мнимой части резонансного импеданса (F1) и амплитуду сигнала (Z2) на антирезонансной частоте мнимой части резонансного импеданса (F2). Могут измеряться другие параметры с использованием всего спектра резонансного импеданса, например добротность резонанса, фазовый угол и амплитуда резонансного импеданса.
Для измерений свойств текучей среды в резервуарах для текучей среды датчики с их измерительными участками могут быть разработаны так, чтобы соответствовать стандартным гнездам или специально сделанным отверстиям в резервуарах. Подходящие примеры конструкции показаны на фиг. 7А и 7В. Предлагается пример резонансного датчика 50 с соосным измерительным участком 51. Измерительный участок определяет первую ось А, которая перпендикулярна поперечной оси, обозначенной как ось В. Структура 53 гнезда для вставки определяет отверстие 54 для вставки, которое вытянуто вдоль оси А. Тогда измерительный участок располагается параллельно вытянутому отверстию гнезда, а поступательное движение вдоль оси В обеспечивает вставку измерительного участка в гнездо и приведение его в контакт с измеряемой текучей средой. Пример другого резонансного датчика 55, в котором измерительный участок 56 не ограничен его формой относительно отверстия 57, определяемого структурой 58 гнезда, показан на фиг. 7В. При необходимости могут использоваться не показанные центрирующие штифты для выравнивания датчика и измерительного участка относительно отверстия гнезда.
Измерения свойств текучей среды в резервуарах для текучей среды могут выполняться с использованием датчиков с их измерительными участками, подвергающимися воздействию текучей среды, как показано на фиг. 8А и 8В. Датчик, показанный на фиг. 7В, устанавливается в трубопроводе 59А для переноса текучей среды и соединяется с устройством 59В считывания данных датчика. Устройство считывания данных датчика может быть связано проводом или кабелем и расположено вблизи датчика, как показано на фиг. 8А. В другой форме осуществления изобретения устройство считывания данных датчика может быть непосредственно связано с датчиком без кабеля, как показано на фиг. 8В. Во время работы текучая среда течет через трубу и контактирует с измерительным участком. Когда измерительный участок воспринимает
- 9 032682 анализируемый компонент, он подает сигнал устройству считывания данных датчика.
Блок-схема способа 60 показана на фиг. 9. В одной форме осуществления изобретения способ контроля состояния масла включает погружение датчика в текучую среду, такую как масло (шаг 62), и измерение параметров электрического резонанса для резонансных спектров (шаг 64) на нескольких резонансах одного датчика. Для количественного определения датчиком загрязнения машинного масла водой, протекающим топливом и сажей датчик может быть помещен в рабочий контакт с текучей средой на шаге 62. В конкретной форме осуществления изобретения на шаге 64 могут быть определены спектры резонансного импеданса Z(f)=Zre(f)+jZim(f) датчика, такого как датчик. Например, на основе измеренных спектров Z(f) могут быть рассчитаны параметры, такие как положение частоты Fp и амплитуда Zp вещественной части импеданса Zre(f) и резонансная F1 и антирезонансная F2 частоты, их амплитуды Z1 и Z2 мнимой части импеданса Zim(f) и частота Fz нулевого реактивного сопротивления мнимой части импеданса Zim(f).
Способ 60 включает классификацию параметров электрического резонанса на шаге 70. Это может быть сделано с использованием определенной модели 72 классификации для оценки, например, одного или более из следующего: влияния 74 воды, влияния 75 топлива и влияния 76 температуры. Количественное определение параметров электрического резонанса может выполняться на шаге 80 с использованием заранее заданной и сохраненной модели 82 количественного определения и путем определения компонентов 86 в масле, таких как вода, топливо, сажа и металлические частицы 90 износа, а также температуры 92 и предсказания состояния 98 масла и состояния 100 двигателя. Это может быть сделано с использованием одного или более определенных дескрипторов 102 состояния двигателя и дескрипторов 104 состояния масла, а также входных данных от любых дополнительных датчиков 108. Подходящие дополнительные датчики могут включать те, которые воспринимают коррозию, температуру, давление, нагрузку системы (двигателя), местоположение системы (например, с помощью сигнала глобальной системы определения местоположения (Global Positioning System, GPS)), калькулятор продолжительности работы оборудования, рН и т.п.
Например, в одной форме осуществления изобретения система с датчиком может быть электрическим резонатором, который может возбуждаться проводным или беспроводным способом, при этом может собираться и анализироваться резонансный спектр для получения по меньшей мере четырех параметров, которые могут далее обрабатываться после автоматического выбора масштаба или центрирования параметров по среднему значению, и для количественного предсказания концентрации воды и топлива в машинном масле и предсказания оставшегося срока службы машинного масла и/или оставшегося срока службы двигателя. Спектральный отклик резонансного спектра, например Fp, Zp, Fz, F1, F2, Z1 и Z2, или весь резонансный спектр с одним или более резонаторами может использоваться для обработки данных.
Модель классификации (см. модель 72 на фиг. 9) может быть построена с использованием предсказываемых вкладов спектральных параметров для незагрязненной текучей среды и для загрязнения текучей среды с использованием ранее определенных влияний компонентов и их соответствующих спектральных параметров. Такие влияния могут определяться количественно (например, см. модель 82 количественного определения на фиг. 9) для предсказания, имеет ли измеряемая или воспринимаемая текучая среда какие-либо влияния воды, влияния утечки топлива или влияния температуры. Т.е. на основе ранее или эмпирически определяемых влияний компонентов на конкретную текучую среду, параметры резонанса, реальные и мнимые, могут подвергаться влиянию, которое можно количественно определить, если присутствуют компоненты, представляющие интерес. Далее, на основе измеренных параметров концентрация конкретного компонента может также быть предсказана и могут быть сформированы многокомпонентные модели. Раскрытые способы могут использоваться для измерения подходящей текучей среды и построения модели влияния компонента и окружающей среды.
В одной форме осуществления изобретения, измерения свойств текучих сред могут выполняться при двух или более значениях температуры текучей среды. Измерения при различных значениях температуры дают информацию об исследуемых веществах и других веществах (химических компонентах) в текучей среде, когда измеряются профили частотной дисперсии в широкой полосе частот или когда измеряются частотные характеристики в относительно узкой полосе частот. Выполнение анализа спектров резонансного импеданса датчика, собираемых при различных значениях температуры, и определение двух или более свойств текучей среды при каждом значении температуры на основе проанализированных спектров резонансного импеданса позволяют улучшить точность датчика при определении свойств исследуемого вещества. Эта улучшения могут быть вследствие различий частотных характеристик исследуемых веществ и других веществ в текучей среде как функции температуры, вызванных молекулярной структурой этих различных веществ. Измерения при различных значениях температуры могут выполняться резонансным датчиком, который имеет термоэлемент, находящийся в тепловом контакте с измерительным участком резонансного датчика. Термоэлемент создает локальное изменение температуры текучей среды вблизи измерительного участка. Это локальное изменение температуры может быть выше или ниже температуры основного объема текучей среды в емкости с датчиком. Не ограничивающие изобретение примеры термоэлементов включают охлаждающий элемент Пельтье, тонкопленочный
- 10 032682 нагреватель и карандаш-нагреватель. Термоэлемент может создавать локальное изменение температуры текучей среды в диапазоне приблизительно от 1 до 50°С.
В одной форме осуществления изобретения измерения свойств текучих сред могут выполняться для определения динамических сигнатур изменений химических компонентов в текучей среде. Масштабы времени этих динамических сигнатур могут значительно изменяться. Подходящие масштабы времени в диапазоне приблизительно от 1 с до 200 сут. могут быть полезны для определения различных типов утечек текучих сред в двигателях. Такие определения позволяют выполнить идентификацию динамических сигнатур утечек в двигателе, взаимосвязь идентифицированной сигнатуры с известной сигнатурой утечки из конкретного компонента двигателя и определение места утечки на основе этой сигнатуры.
Измерения свойств текучих сред могут выполняться в условиях экстремальных температур. В зависимости от применения эти условия могут охватывать диапазон от низких температур приблизительно до -260°С и до высоких температур приблизительно до +260°С. Такие жесткие температурные условия с отрицательной температурой приблизительно до -260°С могут быть полезны в связи со сжиженным природным газом (Liquefied Natural Gas, LNG) и с хранением биологических и других видов образцов. Жесткие температурные условия с положительной температурой приблизительно до +260°С могут быть полезны в оборудовании контроля, где температура работающих компонентов оборудования может достигать приблизительно +260°С. Примеры такого оборудования могут включать скважинное оборудование при добыче нефти и газа и при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания (дизельного, на природном газе, водороде (прямого сгорания или с топливными элементами), бензине, их комбинации и т.п.) для одного или более видов топлива, систему смазки и систему охлаждения/радиатора. Другой пример такого оборудования может включать маслонаполненный трансформатор.
Применимость многопараметрических электрических резонаторов может быть продемонстрирована обнаружением загрязнения машинного масла водой и дизельным топливом и определением воды в модельной текучей среде, такой как диоксан, который имеет диэлектрическую проницаемость, подобную проницаемости масла. Определение разрешающей способности измерений датчика может выполняться с использованием гексана и толуола как модельных систем. Образцы некоторого машинного масла были получены от фирмы GE Transportation, в то время как другие химикалии могут быть коммерчески получены от фирмы Aldrich.
Измерения резонансного импеданса датчиков могут выполняться сетевым анализатором (фирмы Agilent) или прецизионным анализатором импеданса (фирмы Agilent) под управлением компьютера с использованием среды LabVIEW. Собранные данные резонансного импеданса могут анализироваться с использованием программы KaleidaGraph (фирмы Synergy Software, Рединг, Пенсильвания) и пакета PLS_Toolbox (фирмы Eigenvector Research, Inc., Мансон, Вашингтон), используемого в среде Matlab (The Mathworks Inc, Натик, Массачусетс).
Различные объемы просачивания топлива и воды в масло могут быть определены количественно и экспериментально одним многопараметрическим резонансным датчиком. Подходящее масло может быть маслом двигателя внутреннего сгорания железнодорожного локомотива. Подходящее топливо может быть дизельным топливом. Двух- и трехкомпонентные смеси воды и топлива в масле могут быть произведены в различных пропорциях. Концентрации воды могут составлять 0, 0,1 и 0,2% (по объему). Концентрации топлива могут составлять 0, 3 и 6% (по объему).
Резонансные спектры на основе измеренных образцов могут обрабатываться, и обработанные данные могут служить входными данными для инструментального средства анализа главных компонент (РСА, Principal Components Analysis). Анализ РСА может представлять собой способ распознавания образов, который объясняет дисперсию данных как взвешенные суммы исходных переменных, известных как главные компоненты (Principal Component, PC). Выделение обнаружения воды в смесях машинного масла, воды и топлива может быть показано на фиг. 10, на которой показан график счетов разработанной модели РСА. Выделение обнаружения топлива в смеси машинного масла, воды и топлива может быть показано на фиг. 11, которая изображает график счетов разработанной модели РСА. На фиг. 10 и 11 концентрации воды 0,1 и 0,2% обозначены как W0.1 и W0.2 соответственно. Концентрации топлива 3 и 6% обозначены как D3 и D6 соответственно. Многопараметрический отклик резонансных измерительных преобразователей происходит от всех измеренных резонансных спектров преобразователя, после чего следуют обработка этих спектров с использованием инструментальных средств многопараметрического анализа. Для количественного определения загрязнения машинного масла утечками воды и топлива одним многопараметрическим датчиком могут быть измерены спектры резонансного импеданса Z(f)=Zre(f)+jZim(f) резонансного преобразователя. На основе измеренных спектров Z(f) могут быть рассчитаны несколько параметров, которые включают частотное положение Fp и амплитуду Zp для Zre(f) и резонансную F1 и антирезонансную F2, частоты, их амплитуды Z1 и Z2 для Zim(f), а также частоту FZ нулевого реактивного сопротивления для Zim(f), как показано на фиг. 6.
Используя многопараметрический анализ вычисленных параметров спектров Z(f), можно выполнять классификацию исследуемого компонента. Подходящие способы анализа для многопараметрического анализа спектральных данных от многопараметрических датчиков могут включать анализ главных
- 11 032682 компонент (РСА), анализ независимых компонент (Independent Component Analysis, ICA), линейный дискриминантный анализ (Linear Discriminant Analysis, LDA) и гибкий дискриминантный анализ (Flexible Discriminant Analysis, FDA). Анализ РСА может использоваться для установления различия между различными парами с использованием воспринимающего материала на основе пептида. График нагрузок модели РСА показан на фиг. 12. Этот график иллюстрирует вклады отдельных компонент из резонансного спектра. График показывает, что все компоненты, такие как Fp, F1, F2, Fz, Zp, Z1 и Z2, дали вклады в отклик датчика.
Количественное определение воды и топлива в масле в двух- и трехкомпонентных смесях может далее выполняться с помощью одного многопараметрического резонансного датчика, использующего пакет PLS Toolbox (фирмы Eigenvector Research, Inc., Мансон, Вашингтон) в среде Matlab (The Mathworks Inc, Натик, Массачусетс). На фиг. 13 показан график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в смесях воды/топлива/масла с использованием одного резонансного датчика. На фиг. 14 показан график корреляции между измеренными и предсказанными концентрациями топлива в смесях воды/топлива/масла с использованием одного резонансного датчика. Ошибки предсказания одновременного количественного определения воды и топлива в масле одним датчиком могут составлять 0,02% воды и 1,3% топлива.
В другом примере разрешающая способность датчика может быть определена в многоэтапных экспериментах. В первом эксперименте гексан и толуол могут использоваться как модельные химикаты для определения разрешающей способности датчика для определения различия диэлектрической проницаемости. Гексан имеет диэлектрическую проницаемость 1,88, в то время как толуол имеет диэлектрическую проницаемость 2,38. Разработанный датчик может различать эти две текучие среды с разрешающей способностью диэлектрической проницаемости 0,0004-0,0012. Ожидаемые результаты показаны на фиг. 15А. Во втором эксперименте 1,4-диоксан может использоваться как модельный химикат для масла из-за его диэлектрической проницаемости, подобной маслу, и способности легко смешиваться с водой. Датчик может обнаруживать добавления воды в диоксан вплоть до 7-20 ppm. Ожидаемые результаты, показанные на фиг. 15В, иллюстрируют, что разработанный датчик может обнаруживать добавления воды в диоксан (модельную систему для масла) вплоть до 7-20 ppm с добавлениями воды, сделанными с приращениями 200 ppm.
В другом примере добавления воды и сажи (углеродной сажи) могут быть сделаны к диоксану и измерены датчиком. Добавления воды могут быть сделаны как добавления 500, 1000 и 2500 ppm. Сажа (углеродная сажа) может быть добавлена как 100 ppm углеродной сажи с 2500 ppm воды. Примеры резонансных спектров датчика представлены на фиг. 16А и 16В. Результаты многопараметрического анализа представлены на фиг. 17. На фиг. 16А показана вещественная часть Zre(f), а на фиг. 16В показана мнимая часть Zim(f) резонансного импеданса. Измеренными образцами могут быть: (0) чистое модельное масло (диоксан); (1) добавление 500 ppm воды; (2) добавление 1000 ppm воды; (3) добавление 2500 ppm воды; (4) добавление 2500 ppm воды и 100 ppm сажи (углеродной сажи). На фиг. 17 показан график счетов главной компоненты 1 в зависимости от главной компоненты 2, иллюстрирующий спектральные соотношения между откликами датчика на различные виды загрязнения. Образцами могут быть: (0) чистое модельное масло (диоксан); (1) добавка 500 ppm воды; (2) добавка 1000 ppm воды; (3) добавка 2500 ppm воды; (4) добавка 2500 ppm воды и 100 ppm сажи (углеродной сажи).
В другом примере может быть построена система многорезонансного датчика с четырьмя резонансными частотами. 1,4-диоксан может использоваться как модельный химикат для масла, потому что его диэлектрическая проницаемость до некоторой степени подобна проницаемости масла и он смешивается с водой. Добавления воды могут быть сделаны к диоксану и измерены датчиком. Четыре примера резонансных спектров датчика представлены на фиг. 18А и 18В. Эти значения показывают, что профиль дисперсии датчика в незагрязненном диоксане (фиг. 18А) изменил свою форму после добавления воды (фиг. 18В). Также ширина и амплитуда резонансных максимумов изменились после добавления воды.
В другом примере геометрия электродов и резонансная частота датчика могут быть оптимизированы для максимальных откликов Fp и Zp на воду. Двухфакторное планирование экспериментов может быть выполнено путем изменения интервала D между встречно-штыревыми электродами (Interdigital Electrode, IDE) и шириной W электродов, где D=W=150, 300, 450 мкм, и путем изменения резонансной частоты Fp как Fp=20, 35, 50 МГц (в воздухе). Измерения могут выполняться с добавлением воды к диоксану при концентрации 5000 ppm. На фиг. 19 показано влияние конструкции датчика на чувствительность измерений Fp. На фиг. 20 показано влияние конструкции датчика на чувствительность измерений Zp. Интервал 300 мкм между электродами IDE и рабочая частота 50 МГц дают сильные сигналы как Fp, так и Zp.
В другом примере, показанном на фиг. 21, определение воды в масле может выполняться циркулированием масла в опытном контуре и добавлением воды с приращениями 2000 ppm для создания концентрации воды в масле 2000, 4000 и 6000 ppm. Измерения могут выполняться с использованием двух резонансных датчиков. Датчик 1 имеет площадь 2 см2 с шириной электродов 0,4 мм и расстоянием между ними 0,4 мм и резонирует на 80 МГц в воздухе. Датчик 2 имеет геометрические параметры из проекта экспериментов, площадь 4 см2 с шириной электродов 0,15 мм и интервалом между ними 0,15 мм и резо
- 12 032682 нирует на ~50 МГц в воздухе. Предел обнаружения воды в масле может быть определен при уровне три для отношения сигнал/шум равным 3-12 ppm (датчик 1) и 0,6-2,6 ppm (датчик 2) на основе измеренных уровней шума датчика и уровней сигнала при 2000 ppm добавленной воды.
В другом примере определение воды в масле при различных значениях температуры масла может выполняться циркулированием масла в опытном контуре и добавлением воды с приращениями 400 ppm для создания концентрации воды в масле 400, 800, 1200 и 1600 ppm. Номинальными значениями температуры масла могут быть значения Т1=80°С, Т2=100°С и Т3=120°С, которые создавались горячей ванной. На фиг. 22 показан график счетов разработанной модели РСА, иллюстрирующей то, что отклики резонансного датчика на добавления воды при различной температуре могут быть в различных направлениях. Каждая отдельная стрелка на фиг. 22 указывает направление увеличивающихся концентраций воды при значениях температуры масла Т1, Т2 и Т3. Фиг. 23 может изображать результаты многопараметрической линейной регрессионной модели с использованием метода частных наименьших квадратов (Partial Least Squares, PLS) для количественного определения концентраций воды в масле с использованием откликов одного датчика. Метод PLS может определять корреляции между независимыми переменными и откликом датчика путем нахождения направления в многомерном пространстве отклика датчика, которое объясняет максимальную дисперсию для независимых переменных. На фиг. 24 показано, что такая многопараметрическая линейная регрессия может быть способна предсказывать концентрации воды независимо от температуры масла.
Анализ этих данных определения датчиком воды в масле (0, 400, 800, 1200 и 1600 ppm) при различных номинальных значениях температуры масла (80, 100 и 120°С) может выполняться с использованием многопараметрической нелинейной (квадратичной) регрессии. На фиг. 24А изображены фактические (измеренные) концентрации воды в масле при трех значениях температуры (сплошная линия) и предсказанные концентрации (незаштрихованные кружки). На фиг. 24В изображена ошибка предсказания между фактическими и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры. На фиг. 24С изображен график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры.
Анализ этих данных определения датчиком воды в масле (0, 400, 800, 1200 и 1600 ppm) при различных номинальных значениях температуры масла (80, 100 и 120°С) может далее выполняться с использованием многопараметрической нелинейной (квадратичной) регрессии с дополнительным входным сигналом от датчика температуры, установленного в исследуемом масле. На фиг. 25А изображены фактические (измеренные) концентрации воды в масле при трех значениях температуры (сплошная линия) и предсказанные концентрации (незаштрихованные кружки). На фиг. 25В изображена ошибка предсказания между фактическими и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры. На фиг. 25С изображен график корреляции между фактическими (измеренными) и предсказанными концентрациями воды в масле при трех значениях температуры.
Один из разработанных многопараметрических датчиков, имеющий площадь 4 см2 с шириной электродов 0,15 мм и интервалом между ними 0,15 мм и резонирующий на ~50 МГц в воздухе, может измерять низкие концентрации просачивания воды в масло. На фиг. 26 показан отклик этого разработанного резонансного датчика на просачивание воды в моторное масло на уровнях 25, 25 и 50 ppm. Данные на этом чертеже иллюстрируют то, что этот датчик может обнаруживать просачивания воды, по меньшей мере, на самом низком проверенном уровень 25 ppm с высоким отношением сигнал/шум.
Рабочие характеристики этого разработанного резонансного датчика могут сравниваться с рабочими характеристиками стандартного нерезонансного емкостного датчика, который служит как эталонный емкостный датчик. Сравнение может выполняться при нахождении обоих датчиков в одном и том же контуре циркуляции масла, в котором просачивания воды могут быть введены и представлены обоим датчикам. Уровни просачивания воды могут быть 25, 25, 50, 100, 200, 500 и 1000 ppm. На фиг. 27А показан отклик эталонного емкостного датчика на просачивания воды в моторное масло на уровнях 25, 25, 50, 100, 200, 500 и 1000 ppm. Этот чертеж иллюстрирует, что эталонный емкостный датчик не показывал заметного изменения сигнала от его шума, пока не были введены просачивания воды 25, 25, 50, 100 и 200, 200 ppm. Напротив, на фиг. 27В показан отклик резонансного датчика согласно форме осуществления изобретения на просачивания воды в моторное масло, где этот датчик может обнаруживать наименьшее просачивание воды при 25 ppm и обнаруживать все другие просачивания воды, представленные обоим датчикам.
Этот резонансный датчик может быть испытан на испытательном стенде одноцилиндрового локомотивного двигателя в течение приблизительно 34 суток. На фиг. 28А можно изобразить результаты работы разработанного резонансного датчика в одноцилиндровом локомотивном двигателе для температуры масла и отклика датчика. Фиг. 28В иллюстрирует корреляцию между откликом разработанного резонансного датчика в одноцилиндровом локомотивном двигателе в течение приблизительно 34 суток и температурой масла.
В другом примере источники утечки в двигателе могут быть определены путем идентификации динамических сигнатур утечек с помощью связывания идентифицированной сигнатуры с известной сигна
- 13 032682 турой утечки из определенного компонента двигателя и определения местоположения утечки на основе сигнатуры. Такой подход может предоставить возможность для упреждающего технического обслуживания, может заменить реактивное техническое обслуживание и может увеличить время работы для средства, имеющего системы смазки или двигатель внутреннего сгорания.
Не ограничивающие изобретение примеры такого средства с двигателями внутреннего сгорания включают транспортные средства различного типа, каждое из которых имеет свой собственный набор рабочих параметров. Формы осуществления изобретения, раскрытые здесь, могут обеспечить прогностический инструмент датчика для раннего определения утечки компонентов посредством динамических сигнатур утечки. Эти датчики могут применяться в нескольких местах в двигателе для точного определения источника утечки. На фиг. 29 изображена схема динамических сигнатур утечек турбонагнетателя (1-2 турбонагнетателя на двигатель), промежуточного охладителя (2 промежуточных охладителя на двигатель), водяного насоса (1 водяной насос на двигатель) и головки цилиндра (12-16 головок цилиндра на двигатель).
Технические эффекты могут включать способы оценки состояния текучей среды, например состояния машинного масла. Такие способы могут определять, является ли текучая среда загрязненной или должна быть заменена, что обеспечивает преимущества для технического обслуживания и всего процесса, такие как улучшение состояния двигателя в случае текучих сред, используемых в двигателях.
В данном описании приведены примеры, чтобы раскрыть изобретение, а также позволить любому специалисту в данной области техники применить изобретение на практике, включая создание и использование устройств или систем и применение способов. Объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые понятны специалистам в данной области техники. Такие другие примеры находятся в пределах объема формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от формулировок, используемых в формуле изобретения, или если они имеют эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от дословных формулировок, используемых в формуле изобретения.
Claims (22)
1. Система для определения одного или более свойств текучей среды, содержащая датчик, содержащий индуктивно-резистивно-емкостный резонансный контур (LCR) и измерительный участок, образованный по меньшей мере частью LCR-контура, причем измерительный участок не содержит защитного покрытия и сконфигурирован с возможностью приведения в непосредственный рабочий контакт с исследуемой текучей средой, и контроллер, связанный с измерительным участком и сконфигурированный для приема от датчика электрического сигнала, представляющего спектры резонансного импеданса свободного от защитного покрытия измерительного участка, находящегося в непосредственном рабочем контакте с текучей средой, в измеряемой спектральной полосе частот;
анализа спектров резонансного импеданса и определения одного или более свойств текучей среды на основе проанализированных спектров резонансного импеданса.
2. Система по п.1, в которой измерительный участок содержит воспринимающий изменение свойств текучей среды материал.
3. Система по п.2, в которой воспринимающий изменение свойств текучей среды материал является диэлектрическим и химически инертным к текучей среде или химически стойким к деградации текучей средой при температуре в диапазоне приблизительно от 1 до 260°С.
4. Система по п.2, в которой воспринимающий изменение свойств текучей среды материал является диэлектрическим и химически инертным к текучей среде или химически стойким к деградации текучей средой при температуре в диапазоне приблизительно от 0 до -260°С.
5. Система по п.1, в которой контроллер сконфигурирован для определения свойств текучей среды посредством идентификации одного или более компонентов на основе характеристического изменения параметров резонанса, связанных с одним или более компонентами.
6. Система по п.1, в которой контроллер сконфигурирован для определения свойств текучей среды посредством количественного определения одного или более компонентов на основе характеристического изменения параметров резонанса, связанных с одним или более компонентами.
7. Система по п.6, в которой один или более компонентов включают одно или более из следующего: воду, сажу, продукты износа или углеводород.
8. Система по п.1, в которой текучая среда включает одно или более из следующего: масло, воду, растворитель, смесь растворителей или топливо.
9. Система по п.1, в которой датчик является пассивным датчиком RFID.
10. Система по п.1, в которой контроллер сконфигурирован для анализа спектров резонансного импеданса посредством анализа по меньшей мере четырех спектральных параметров каждого спектра резо- 14 032682 нансного импеданса.
11. Система по п.10, в которой контроллер также сконфигурирован для анализа спектров резонансного импеданса посредством анализа по меньшей мере одного или более параметров резонанса Fp, Zp, Fb Zb F2 или Z2, где Fp - частота максимума вещественной части резонансного импеданса, Zp - амплитуда вещественной части резонансного импеданса, F1 - резонансная частота мнимой части резонансного импеданса, Z1 - амплитуда сигнала на резонансной частоте мнимой части резонансного импеданса, F2 - антирезонансная частота мнимой части резонансного импеданса, Z2 - амплитуда сигнала на антирезонансной частоте мнимой части резонансного импеданса.
12. Система по п.1, также содержащая один или более компонентов настройки, соединенных с соответствующими LCR-контурами и сконфигурированных так, чтобы связывать каждый соответствующий LCR-контур с измерительным участком или изолировать каждый соответствующий LCR-контур от измерительного участка на основе входного сигнала настройки.
13. Система по п.12, в которой входной сигнал настройки основан на требуемой полосе частот датчика.
14. Система по п.12, в которой компоненты настройки содержат одну или более катушек с переменной индуктивностью или конденсаторов с переменной емкостью.
15. Система по п.12, также содержащая термоэлемент в тепловом контакте с измерительным участком датчика и сконфигурированный для обеспечения локального нагревания и/или локального охлаждения вблизи измерительного участка.
16. Система по п.1, также содержащая схему обработки, сконфигурированную для анализа спектров резонансного импеданса датчика на основе сигнала и определения одного или более свойств текучей среды на основе проанализированных спектров резонансного импеданса.
17. Система по п.1, в которой датчик функционально связан с интегральной схемой памяти и работает на частоте, определяемой, по меньшей мере частично, рабочей частотой, используемой интегральной схемой памяти.
18. Система по п.1, в которой контроллер сконфигурирован для приема от датчика электрических сигналов при двух или более различных значениях температуры текучей среды, причем указанные сигналы представляют два или более спектров резонансного импеданса оголенного измерительного участка в непосредственном рабочем контакте с текучей средой в измеренной спектральной полосе частот при двух или более различных значениях температуры соответственно;
анализа указанных двух или более спектров резонансного импеданса и определения двух или более свойств текучей среды в зависимости от температуры на основе проанализированных двух или более спектров резонансного импеданса, отражающих различия частотных характеристик исследуемых веществ в текучей среде как функции температуры.
19. Способ определения одного или более свойств текучей среды, выполняемый системой по п.1 и включающий возбуждение датчика, находящегося в контакте с текучей средой, причем датчик содержит измерительный участок, образованный по меньшей мере частью резонансного LCR-контура, сконфигурированного для работы на одной или более частотах в полосе частот анализа, при этом указанный измерительный участок не содержит защитного покрытия и находится в непосредственном рабочем контакте с текучей средой;
прием сигнала от датчика в полосе частот анализа, причем сигнал содержит информацию о спектрах резонансного импеданса текучей среды, и определение одного или более свойств текучей среды, по меньшей мере частично, на основе спектров резонансного импеданса.
20. Способ по п.19, также включающий определение динамических сигнатур, касающихся изменений химических компонентов в текучей среде с течением времени или при определенных условиях.
21. Способ по п.19, также включающий реагирование на изменение температуры и/или комплексной диэлектрической проницаемости текучей среды посредством получения одной или более сигнатур текучей среды, по меньшей мере частично, на основе спектров резонансного импеданса текучей среды для температуры текучей среды и/или комплексной диэлектрической проницаемости текучей среды.
22. Способ по п.19, в котором датчик возбуждают при двух или более различных температурах текучей среды;
этап приема сигнала включает прием множества сигналов от датчика в полосе частот анализа, причем указанные сигналы содержат информацию о соответствующем множестве спектров резонансного импеданса текучей среды при двух или более различных температурах; и этап определения одного или более свойств включает определение двух или более свойств текучей среды при каждой из двух или более различных температур текучей среды, по меньшей мере частично, на основе спектров резонансного импеданса.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/585,690 US10914698B2 (en) | 2006-11-16 | 2014-12-30 | Sensing method and system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201592216A1 EA201592216A1 (ru) | 2016-10-31 |
| EA032682B1 true EA032682B1 (ru) | 2019-07-31 |
Family
ID=56116816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201592216A EA032682B1 (ru) | 2014-12-30 | 2015-12-18 | Способ и система измерения |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6397395B2 (ru) |
| CN (2) | CN114594140A (ru) |
| AU (1) | AU2015268746B2 (ru) |
| DE (1) | DE102015122926A1 (ru) |
| EA (1) | EA032682B1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750266C1 (ru) * | 2020-01-27 | 2021-06-25 | Общество с ограниченной ответственностью Кондитерская фабрика "ЭКОКОН ГРУПП" | Емкость съедобная для горячих напитков |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10368146B2 (en) * | 2016-09-20 | 2019-07-30 | General Electric Company | Systems and methods for environment sensing |
| US8542023B2 (en) | 2010-11-09 | 2013-09-24 | General Electric Company | Highly selective chemical and biological sensors |
| US10598650B2 (en) | 2012-08-22 | 2020-03-24 | General Electric Company | System and method for measuring an operative condition of a machine |
| WO2018050500A1 (de) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | Passerro Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung der durchschlagspannung eines transformatorenöls |
| CA3061473A1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-08 | Royal Melbourne Institute Of Technology | Multi-gas sensing system |
| CN110945353B (zh) * | 2017-06-13 | 2023-04-07 | 通用电气公司 | 用阻抗式气体感测器的溶解气体分析 |
| JP7099816B2 (ja) | 2017-10-27 | 2022-07-12 | 株式会社日立製作所 | 潤滑油の劣化診断方法、回転機械の潤滑油の監視システムおよび方法 |
| EP3704475A4 (en) * | 2018-01-24 | 2020-11-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | DETERMINATION OF THE FLUID PROPERTIES OF LIQUID IMPEDANCES |
| EP3527959B1 (de) * | 2018-02-14 | 2023-11-08 | VEGA Grieshaber KG | Füllstandradar mit anhaftungsdetektor |
| US11423711B2 (en) * | 2018-05-15 | 2022-08-23 | Robert Bosch Automotive Steering Llc | Force-based corrosion detection for vehicle steering rack |
| JP7108962B2 (ja) * | 2018-12-03 | 2022-07-29 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 車載用のバックアップ電源制御装置及び車載用のバックアップ電源装置 |
| US20220050071A1 (en) * | 2018-12-21 | 2022-02-17 | Bl Technologies, Inc. | Multi-phase water oil composition and salinity metering system and method |
| KR102148027B1 (ko) * | 2019-02-27 | 2020-08-25 | 광운대학교 산학협력단 | 칩리스 rfid 유전율 센서 시스템 |
| JP7279489B2 (ja) * | 2019-04-17 | 2023-05-23 | 中国電力株式会社 | 計測装置及びその計測方法 |
| JP7179674B2 (ja) | 2019-05-10 | 2022-11-29 | 株式会社日立製作所 | 潤滑油の診断方法および潤滑油の監視システム |
| CN113418969B (zh) * | 2021-06-07 | 2023-04-25 | 武汉大学 | 一种用于生物医学检测的高灵敏度毫米波介质谐振传感器 |
| CN117216721B (zh) * | 2023-11-09 | 2024-02-02 | 安徽安大清能电气科技有限公司 | 一种基于多判据融合的谐振状态及谐振路径识别方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070090926A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-04-26 | General Electric Company | Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification |
| US20110101996A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | General Electric Company | Method and system for performance enhancement of resonant sensors |
| US20120161787A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | General Electric Company | Temperature-independent chemical and biological sensors |
| US8232091B2 (en) * | 2006-05-17 | 2012-07-31 | California Institute Of Technology | Thermal cycling system |
| US20140091811A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring sensors |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0943007A (ja) * | 1994-11-30 | 1997-02-14 | Omron Corp | 検知装置、検知方法、及びセンサ |
| US6111520A (en) * | 1997-04-18 | 2000-08-29 | Georgia Tech Research Corp. | System and method for the wireless sensing of physical properties |
| GB9709290D0 (en) * | 1997-05-07 | 1997-06-25 | Collister Christopher J | Electrical measurement apparatus for oil |
| EP1880173A2 (en) * | 2005-05-10 | 2008-01-23 | Schrader Bridgeport International, Inc | System and method for sensing the level and composition of liquid in a fuel tank |
| US7456744B2 (en) * | 2006-05-16 | 2008-11-25 | 3M Innovative Properties Company | Systems and methods for remote sensing using inductively coupled transducers |
| US9389260B2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring sensors |
| US9538657B2 (en) * | 2012-06-29 | 2017-01-03 | General Electric Company | Resonant sensor and an associated sensing method |
| US8364419B2 (en) | 2009-04-15 | 2013-01-29 | General Electric Company | Sensor system and methods for selective analyte detection using resonance sensor circuit |
| US8936191B2 (en) * | 2010-06-30 | 2015-01-20 | General Electric Company | Field-portable impedance reader and methods of making the same |
| US9658178B2 (en) * | 2012-09-28 | 2017-05-23 | General Electric Company | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| US9097639B2 (en) * | 2012-12-28 | 2015-08-04 | General Electric Company | Systems for analysis of fluids |
| BRPI1014584A2 (pt) * | 2009-06-26 | 2016-04-26 | Schrader Electronics Ltd | aparelho, sistemas e métodos de detecção de nível e qualidade de líquido usando propagação de onda emf. |
| WO2011038003A1 (en) * | 2009-09-22 | 2011-03-31 | Adem | Impedance sensing systems and methods for use in measuring constituents in solid and fluid objects |
-
2015
- 2015-12-16 JP JP2015244700A patent/JP6397395B2/ja active Active
- 2015-12-16 AU AU2015268746A patent/AU2015268746B2/en active Active
- 2015-12-18 EA EA201592216A patent/EA032682B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2015-12-29 DE DE102015122926.9A patent/DE102015122926A1/de active Pending
- 2015-12-30 CN CN202210116058.7A patent/CN114594140A/zh active Pending
- 2015-12-30 CN CN201511015982.2A patent/CN105738420A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070090926A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-04-26 | General Electric Company | Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification |
| US8232091B2 (en) * | 2006-05-17 | 2012-07-31 | California Institute Of Technology | Thermal cycling system |
| US20110101996A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | General Electric Company | Method and system for performance enhancement of resonant sensors |
| US20120161787A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | General Electric Company | Temperature-independent chemical and biological sensors |
| US20140091811A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring sensors |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750266C1 (ru) * | 2020-01-27 | 2021-06-25 | Общество с ограниченной ответственностью Кондитерская фабрика "ЭКОКОН ГРУПП" | Емкость съедобная для горячих напитков |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2015268746A1 (en) | 2016-07-14 |
| AU2015268746B2 (en) | 2017-09-07 |
| EA201592216A1 (ru) | 2016-10-31 |
| CN114594140A (zh) | 2022-06-07 |
| JP6397395B2 (ja) | 2018-09-26 |
| JP2016126007A (ja) | 2016-07-11 |
| CN105738420A (zh) | 2016-07-06 |
| DE102015122926A1 (de) | 2016-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA032682B1 (ru) | Способ и система измерения | |
| US10914698B2 (en) | Sensing method and system | |
| US11674915B2 (en) | Sensing system and method | |
| US10539524B2 (en) | Resonant sensing system and method for monitoring properties of an industrial fluid | |
| US10018613B2 (en) | Sensing system and method for analyzing a fluid at an industrial site | |
| US10254270B2 (en) | Sensing system and method | |
| US10260388B2 (en) | Sensing system and method | |
| US11408874B2 (en) | Sensing system and method | |
| US20190156600A1 (en) | Locomotive sensor system for monitoring engine and lubricant health | |
| Mujahid et al. | Monitoring automotive oil degradation: analytical tools and onboard sensing technologies | |
| Zhu et al. | Survey of lubrication oil condition monitoring, diagnostics, and prognostics techniques and systems | |
| US7043402B2 (en) | On-line oil condition sensor system for rotating and reciprocating machinery | |
| US7370514B2 (en) | Determining quality of lubricating oils in use | |
| US20180158261A1 (en) | System and method for sensing lubricant and engine health | |
| US20160334353A1 (en) | Sensor for in situ selective detection of components in a fluid | |
| US9176000B2 (en) | System for measurement of fluid levels in multi-phase fluids | |
| Ulrich et al. | Simultaneous estimation of soot and diesel contamination in engine oil using electrochemical impedance spectroscopy | |
| US20210270798A1 (en) | Resonant sensor probe assembly | |
| EP3548718B1 (en) | Sensing system and method | |
| Potyrailo et al. | Multivariable electrical resonant sensors for independent quantitation of aging and external contaminants in lubricating oils | |
| CN102230816A (zh) | 检测油变质程度和油位的传感器及方法 | |
| Yang et al. | Oil contamination monitoring based on dielectric constant measurement | |
| Milpied et al. | Applications of tuning fork resonators for engine oil, fuel, biodiesel fuel and urea quality monitoring | |
| WO2017151847A1 (en) | Sensing system and method | |
| Vasanthan et al. | Prediction of end of useful life time of internal combustion engine lubricating oil by using coaxial cylindrical probe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG TJ TM |