專(zhuān)利名稱(chēng)：智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一、所屬領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種儀器設(shè)備，具體地說(shuō)是一種用于潤(rùn)滑油或液壓油油品質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀。
因此，油的品質(zhì)監(jiān)測(cè)是很有必要的，通過(guò)一定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定油質(zhì)的劣化程度，進(jìn)行合理的更換，這樣做，一方面可以適當(dāng)延長(zhǎng)油的使用壽命，節(jié)約換油成本；另一方面，可以減少因油品變質(zhì)引起的系統(tǒng)的故障。
對(duì)潤(rùn)滑油的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估主要有兩種方式在線和離線兩種。目前，在工程使用中，大多使用離線檢測(cè)技術(shù)對(duì)油品的性能、狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采集的油樣送到監(jiān)測(cè)中心后進(jìn)行理化性能的測(cè)試，常用的儀器有運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定儀、閃點(diǎn)測(cè)定儀、機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定儀、水分測(cè)定儀等分析儀器，這些儀器具有測(cè)試精度高、測(cè)試方法符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，但是存在以下不足(1)體積龐大，只適合在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行離線分析，不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；(2)從現(xiàn)場(chǎng)采樣到實(shí)驗(yàn)室分析的過(guò)程需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求；(3)儀器成本高，維護(hù)和操作要求的技術(shù)較高，不可能在現(xiàn)場(chǎng)廣泛的應(yīng)用。
在線使用的潤(rùn)滑油品監(jiān)測(cè)方法主要有光測(cè)法、恒流量分析法和電容法等。光測(cè)法利用污染物的遮光特性可對(duì)油液中的固體顆粒進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)，具有代表性的是美國(guó)HIAC/ROYCO公司推出的多通道自動(dòng)磨粒計(jì)數(shù)器，光測(cè)法只適合分析顏色較淺的和污染度較低的油。中國(guó)專(zhuān)利[審定公告號(hào)2454774一種透平油污染度檢測(cè)儀，授權(quán)日期2001年10月17日]，介紹了一種透平油污染度檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀基于光電原理，在被檢測(cè)的透平油經(jīng)由平行透明薄板之間的間隙通過(guò)，光束經(jīng)過(guò)小孔穿透薄板之間的油層，在薄板的另一側(cè)安放一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，在光束經(jīng)過(guò)油層照射在光電轉(zhuǎn)換元件上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電信號(hào)，信號(hào)電平與顆粒大小成正比，經(jīng)微機(jī)檢測(cè)分類(lèi)后，可以判斷油質(zhì)的污染程度恒流量分析法利用油在恒定流量流過(guò)濾膜，通過(guò)監(jiān)測(cè)濾膜兩端的壓差達(dá)到某一預(yù)定值的時(shí)間或監(jiān)測(cè)預(yù)定時(shí)間內(nèi)濾膜兩端的壓差的變化來(lái)確定油液的污染度，如美國(guó)DIGNETICS公司推出的DCA便攜式污染監(jiān)測(cè)儀等。電容法根據(jù)電容的變化推算出油液的污染程度。例如趙方等人運(yùn)用容柵式電容傳感器對(duì)油品的質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)，所設(shè)計(jì)的容柵形電容傳感器對(duì)潤(rùn)滑油中的水分比較敏感，而對(duì)金屬磨粒的敏感性較差。
中國(guó)專(zhuān)利92226404[新型油品品質(zhì)測(cè)定儀器，授權(quán)日期1993年7月3日]，介紹了一種油品品質(zhì)測(cè)定儀器，該檢測(cè)儀用一個(gè)自適應(yīng)的鎖相環(huán)反饋電路將振蕩器始終鎖定在一上標(biāo)準(zhǔn)頻率上，其鎖相環(huán)路的反饋信號(hào)就可直接反映被測(cè)油品品質(zhì)的變化。
以上所介紹的這些儀器僅能監(jiān)測(cè)油品的單項(xiàng)指標(biāo)，能進(jìn)行多種參數(shù)綜合分析的監(jiān)測(cè)設(shè)備很少，這些利用單一信源信息對(duì)油品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，缺乏對(duì)多源信息的協(xié)同利用、綜合處理，因而在可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性方面都存在著不同程度的缺陷。
在施工現(xiàn)場(chǎng)，由于環(huán)境的惡劣經(jīng)常使傳感器發(fā)生損壞，以單個(gè)傳感器的信息進(jìn)行判斷，會(huì)造成虛警和漏報(bào)。因此，通過(guò)多種傳感器數(shù)據(jù)的綜合(集成和融合)，以獲得比每一個(gè)單一傳感器更多的信息，使資源獲得共享，并可在某一傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，利用其它傳感器以及冗余信號(hào)處理器來(lái)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)傳感器之間信息互補(bǔ)，即使某個(gè)傳感器失效，系統(tǒng)仍能得到正確的結(jié)果，大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。
為滿足準(zhǔn)確性、可靠性的需要，必須把傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，研制出一套智能監(jiān)測(cè)儀器，這種裝置應(yīng)有以下特點(diǎn)a.測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化具有自動(dòng)巡檢、自動(dòng)診斷、自動(dòng)報(bào)警功能。也就是說(shuō)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，能監(jiān)測(cè)和顯示檢測(cè)油品在40℃下的粘度值，油的介電常數(shù)值和油溫，并且顯示故障代碼等數(shù)據(jù)。
b.實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)與信息融合在進(jìn)行多參數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，依據(jù)各路信息的相關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的多傳感器信息融合，從而提高檢測(cè)的可靠性和容錯(cuò)性，將測(cè)得的粘度、溫度、介電常數(shù)等信息進(jìn)行融合得出油品的狀態(tài)。
c.智能化數(shù)據(jù)處理在連續(xù)測(cè)試時(shí)對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的油體過(guò)粘和環(huán)境溫度過(guò)低等工況能補(bǔ)償和調(diào)整，具有適應(yīng)環(huán)境溫度變化的能力，不會(huì)因上述原因產(chǎn)生誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。
d.通訊功能在線監(jiān)測(cè)儀應(yīng)具有與PC機(jī)進(jìn)行通訊的能力，將測(cè)量的參數(shù)值或故障信息及時(shí)送入上位機(jī)，為實(shí)現(xiàn)油液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷提供基礎(chǔ)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，包括，一儀器殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的電路；電路部分包括以一單片機(jī)1為核心的微處理器，其特征在于，單片機(jī)1連接有振蕩電路5、電容頻率轉(zhuǎn)換電路6、溫度傳感器7、監(jiān)控電路8、鍵盤(pán)輸入模塊9、串行LED驅(qū)動(dòng)器10、通訊模塊12和存儲(chǔ)器13；振蕩電路5連接有測(cè)量用粘度傳感器2和參考用石英晶體3，電容頻率轉(zhuǎn)換電路6連接有電容傳感器4，串行LED驅(qū)動(dòng)器10連接有LED顯示器11。
本實(shí)用新型的其它一些特點(diǎn)是，所述測(cè)量用粘度傳感器2為石英晶體微天平，結(jié)構(gòu)形式采用單面觸液型；所述振蕩電路5采用MAX913，其輸出是TTL電平信號(hào)，便于單片機(jī)的采集。
所述通訊模塊12的型號(hào)為MAX232；所述存儲(chǔ)器13的型號(hào)為24C04。
所述溫度傳感器8的型號(hào)為DS1820；所述串行LED驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為Max7219。
本實(shí)用新型不但可以監(jiān)測(cè)油液粘度、介電常數(shù)和油溫的變化，還利用多傳感器的信息融合技術(shù)，將測(cè)到的粘度、溫度、介電常數(shù)進(jìn)行融合得出油品的狀態(tài)，判斷油質(zhì)的污染程度，大大提高了油品質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。能將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳入上位機(jī)，以便進(jìn)一步分析處理。
參見(jiàn)

圖1，圖1所示的是本實(shí)用新型智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)總體框圖，在圖1中，1是AT89C52單片機(jī)，2是測(cè)量用粘度傳感器，3是參考用石英晶體傳感器，4是電容傳感器，5是振蕩電路，6是電容頻率轉(zhuǎn)換電路，7是DS1820溫度傳感器，8是Max813監(jiān)控電路，9是鍵盤(pán)輸入模塊，10是Max7219串行LED驅(qū)動(dòng)器，11是LED驅(qū)動(dòng)器，12是MAX232通訊模塊。
本實(shí)用新型的智能油品質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)儀可以分為以下幾部分(1)單片機(jī)系統(tǒng)；(2)粘度測(cè)量模塊；(3)介電常數(shù)測(cè)量模塊；(4)溫度測(cè)量模塊；(5)人機(jī)對(duì)話模塊(包括鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊及報(bào)警電路)；(6)通訊模塊。充分采用集成電路的最新成果和低功耗設(shè)計(jì)思想，使電路板體積小，功耗低。
該智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，包括，一儀器殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的電路；電路部分包括以一單片機(jī)1為核心的微處理器，其特點(diǎn)是，單片機(jī)1連接有振蕩電路5、電容頻率轉(zhuǎn)換電路6、溫度傳感器7、監(jiān)控電路8、鍵盤(pán)輸入模塊9、串行LED驅(qū)動(dòng)器10、型號(hào)為MAX232的通訊模塊12和型號(hào)為24C04的存儲(chǔ)器13；振蕩電路5連接有測(cè)量用粘度傳感器2和參考用石英晶體3，電容頻率轉(zhuǎn)換電路6連接有電容傳感器4，串行LED驅(qū)動(dòng)器10連接有LED顯示器11。
智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的工作流程如圖2所示。首先，儀器進(jìn)行自檢，再?gòu)拇鎯?chǔ)器24C04中讀出設(shè)定參數(shù)并進(jìn)行初始化，然后監(jiān)測(cè)儀處于待機(jī)狀態(tài)，等待命令，根據(jù)不同的命令分別進(jìn)入不同的程序流程，包括溫度監(jiān)測(cè)、粘度監(jiān)測(cè)、介電常數(shù)監(jiān)測(cè)、融合以及復(fù)位流程，在進(jìn)行每一個(gè)散轉(zhuǎn)流程后，本監(jiān)測(cè)儀通過(guò)串行通訊方式將采集到的相關(guān)參數(shù)及時(shí)送入上位機(jī)，進(jìn)行入庫(kù)工作，然后繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的散轉(zhuǎn)程序，直到有新的命令為止。
1單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀的CPU采用自帶8k字節(jié)電可擦除式程序存儲(chǔ)器的89C52控制器，性能價(jià)格比高；為了保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的工作，本系統(tǒng)采用了性能優(yōu)異的μP監(jiān)控芯片Max813，它集復(fù)位控制器，看門(mén)狗定時(shí)器于一身，增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成度和可靠性；另外，存儲(chǔ)器24C04用于模型參數(shù)的存儲(chǔ)。
2顯示及報(bào)警電路該系統(tǒng)選用了集成度很高的Max7219顯示器驅(qū)動(dòng)模塊，它是一種新型的、多位LED顯示驅(qū)動(dòng)模塊，采用簡(jiǎn)單的三線SPI接口、內(nèi)部自帶時(shí)鐘電路、無(wú)需任何外圍元件、顯示功能多樣化等特點(diǎn)，與以往系統(tǒng)的顯示驅(qū)動(dòng)電路相比較，它使硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，節(jié)省了單片機(jī)系統(tǒng)的資源，系統(tǒng)功能也得到了提高；報(bào)警電路主要由蜂鳴器及發(fā)光二極管組成，用于系統(tǒng)參數(shù)越界報(bào)警。
3通訊模塊為了將所測(cè)到的油品的溫度、粘度以及介電常數(shù)值存入上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，本系統(tǒng)采用MAX232實(shí)現(xiàn)AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)與工控機(jī)之間的通訊。
4粘度測(cè)量模塊(1)測(cè)量原理目前最常用的粘度計(jì)有圓筒旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)，超聲波粘度計(jì)，毛細(xì)管壓差式粘度計(jì)，落球式粘度計(jì)等，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且從油品采樣到得出結(jié)論所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性較差，只適合于實(shí)驗(yàn)室分析，很難對(duì)油品的粘度進(jìn)行有效的在線監(jiān)測(cè)。為了克服傳統(tǒng)方法的不足，本實(shí)用新型提出了一種基于QCM(石英晶體微天平)進(jìn)行在線油品粘度監(jiān)測(cè)的新方法，這種方法結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，并且實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，滿足油品的在線粘度分析的要求。
QCM是在石英晶體白片的兩面鍍上一層金屬作為兩極，由外部的一個(gè)電子振蕩電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)在兩極加上一定的電場(chǎng)時(shí)，會(huì)引起QCM以一定的頻率振蕩，這個(gè)頻率是由電極上的質(zhì)量及液體的粘度和密度決定的。Kanazawa和Gordon推導(dǎo)出石英晶體與液體單面接觸時(shí)，液體粘度和密度與晶體振蕩頻率偏移的基本關(guān)系式如下Δf=-f01.5(ρlηl/ρqμq)0.5---(1)]]>這里ηl是液體的絕對(duì)粘度，ρl是液體的密度。Δf是晶體的振蕩頻率偏移，ρq和μq分別是石英晶體的密度和彈性模量。因此Δf與(ρlηl)的平方根成線性關(guān)系。利用這個(gè)關(guān)系，我們可以得到油的粘度。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝時(shí)，必須選擇油速較緩的位置，避免油對(duì)傳感探頭的沖擊。
(2)QCM傳感器及其振蕩電路的設(shè)計(jì)具有AT切型的石英晶體振蕩片具有低的零溫度系數(shù)，因此我們選用了2.4M的AT切石英晶體振蕩片來(lái)制作傳感器的探頭，為了延緩電極在油中氧化，采用了鍍金電極，使晶片與油單面接觸，探頭示意圖如圖3和圖4所示。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的以Max913芯片為核心的振蕩器，其輸出是TTL電平信號(hào)，便于單片機(jī)的采集。采用這種電路，解決了以往振蕩電路驅(qū)動(dòng)能力差的缺點(diǎn)，使QCM在液體中能夠穩(wěn)定的起振，具體振蕩電路如圖5所示。
石英晶體及其振蕩電路在使用過(guò)程中都有溫漂、時(shí)漂的現(xiàn)象，在使用一段時(shí)間后，由于傳感器及其電路自身引起的測(cè)量值發(fā)生變化，這是測(cè)量系統(tǒng)中不可忽視的誤差，本實(shí)用新型采用了參比石英振蕩片的方法來(lái)消除傳感器以及放大電路的自身參數(shù)發(fā)生變化所帶來(lái)的誤差，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和可靠。從測(cè)量用QCM振蕩電路和參考用QCM振蕩電路輸出的兩路方波信號(hào)分別進(jìn)入差頻器74LS74的D端和CLK端，得到的差頻信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的TO口進(jìn)行計(jì)數(shù)。
5介電常數(shù)測(cè)量(1)傳感原理忽略油中所含雜質(zhì)的影響，含水油可以近似看作純油和純水兩種介質(zhì)的混合，其有效的介電常數(shù)可用式(2)表示ϵr=Dϵ1+(1-D)ϵ2---(2)]]>式中，εr為混合介質(zhì)的有效介電常數(shù)，ε1為純水的介電常數(shù)，ε2為純油的介電常數(shù)。由于油和水的介電常數(shù)相差很大，純油介電常數(shù)大都在2～7之間，而水的介電常數(shù)為80，比油高一個(gè)數(shù)量級(jí)，油中含水量的變化將顯著地影響油品的介電常數(shù)值，因此通過(guò)介電常數(shù)的測(cè)量可以間接反映油中水的含量是否超標(biāo)。在機(jī)器的運(yùn)行過(guò)程中，由于某種原因使?jié)櫥椭谢烊胨值惹闆r下都會(huì)使?jié)櫥偷慕殡姵?shù)發(fā)生明顯的變化，從而導(dǎo)致傳感器電容的變化。換句話說(shuō)，傳感器電容的變化實(shí)際上反映了油液中含水量的變化。針對(duì)潤(rùn)滑油在線監(jiān)測(cè)的要求，油的介電常數(shù)的測(cè)量采用低成本的容柵式傳感器。
容柵式傳感器結(jié)構(gòu)如圖6所示，它是由處于同一平面上的一組平行電極構(gòu)成，其中S為發(fā)射電極，R為接收電極。當(dāng)電容傳感器的結(jié)構(gòu)以及外形尺寸一定時(shí)，電容量為C＝k×ε (3)式中，ε為介質(zhì)的介電常數(shù)，k為常數(shù)，由電容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸決定。
當(dāng)在發(fā)射電極與接收電極之間加載電壓時(shí)，檢測(cè)電路便將潤(rùn)滑油介電常數(shù)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓?，進(jìn)而再轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的變化。通過(guò)分析頻率的大小及其變化即可獲得油品劣化的情況。
(2)測(cè)量電路的檢測(cè)原理油的介電常數(shù)的變化通過(guò)容柵式傳感器轉(zhuǎn)換為電容的改變量，再利用電容頻率轉(zhuǎn)換電路將電容的變換轉(zhuǎn)換為頻率的改變，頻率的采集可通過(guò)89C52單片機(jī)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行采集。容柵式傳感器的測(cè)量電路有電橋式、運(yùn)算放大器式和脈沖調(diào)寬式等，本監(jiān)測(cè)儀采用脈沖調(diào)寬式，測(cè)量運(yùn)算電路由脈沖發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)電路、脈沖檢測(cè)電路和單片機(jī)計(jì)數(shù)器構(gòu)成。脈沖調(diào)寬式測(cè)量介電常數(shù)電路原理框圖如圖7所示。
其中脈沖發(fā)生器和單穩(wěn)態(tài)電路由時(shí)基電路NE556構(gòu)成，電路原理圖如圖8，內(nèi)含兩個(gè)相同的集成定時(shí)器IC1a，IC1b。由外接元件R1，R2，C1和定時(shí)器IC1a構(gòu)成一個(gè)無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，它的振蕩器頻率為f＝1.44/[(R1+2R2)C1] (4)根據(jù)式4計(jì)算得到IC1a的5腳輸出的振蕩頻率是60Hz，構(gòu)成一個(gè)脈沖發(fā)生器，輸出接IC1b的8腳。由外接元件R3，Cx和定時(shí)器IC1b構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，Cx就是檢測(cè)用的容柵式傳感器，由于電容的變化，電路的單穩(wěn)延時(shí)不同，脈沖的占空比取決于傳感器的電容值，它的輸出的振蕩器頻率為
f＝1.1/(R3Cx) (5)R4，C4對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波后，頻率信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)89C52的計(jì)數(shù)器口進(jìn)行處理。因此油的介電常數(shù)為ε＝Cx/k＝1.1/(R3fk)＝K/f (6)6溫度測(cè)量在大型設(shè)備的液壓系統(tǒng)或潤(rùn)滑系統(tǒng)中，只進(jìn)行單點(diǎn)溫度測(cè)量是不夠的，應(yīng)該檢測(cè)多點(diǎn)油液的溫度，因此選用多個(gè)DS1820構(gòu)成溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)是很方便的。本實(shí)用新型在油品質(zhì)量智能分析儀中油品的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，采用了新型數(shù)字溫度傳感器DS1820。它是一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，單總線式系統(tǒng)是指在一條總線上可以掛接一個(gè)主機(jī)、多個(gè)從機(jī)，DS1820傳感器就是單總線系統(tǒng)中的從機(jī)。DS1820組成的系統(tǒng)拋棄了以往溫度傳感器需加ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的由一大堆元器件組成的形式，構(gòu)成一種性?xún)r(jià)比高的單總線接口。
7多源信息融合在油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)的參數(shù)中，溫度對(duì)油的粘度和介電常數(shù)都有較大影響，因此使用多傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可以減少系統(tǒng)對(duì)傳感器缺陷的敏感性，不需要過(guò)高的精度，也不需要復(fù)雜的信號(hào)處理，還可以提高判斷的準(zhǔn)確性。
本實(shí)用新型將測(cè)得的傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，分為兩個(gè)過(guò)程第一級(jí)是對(duì)影響輸出信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行融合處理，得出最能反映診斷對(duì)象的指標(biāo)，并作為后續(xù)處理的基礎(chǔ)。第二級(jí)是信息融合診斷，它是對(duì)多個(gè)不同類(lèi)型傳感器信號(hào)進(jìn)行信息融合，從多個(gè)信息角度判斷診斷對(duì)象的狀態(tài)，提高了信息的利用率和狀態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確性，融合結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。
(1)第一級(jí)融合油液的粘度以及介電常數(shù)均會(huì)隨油溫的變化而變化，因此，要提高測(cè)量精度，必須進(jìn)行介質(zhì)溫度補(bǔ)償和多參數(shù)的非線性校正。通常的檢測(cè)油品粘度是在恒溫下進(jìn)行的，但是，若增加恒溫裝置，必然會(huì)增加儀器的復(fù)雜性和成本。理論研究結(jié)果表明任意復(fù)雜函數(shù)的輸入輸出關(guān)系均可以用一個(gè)三層或三層以上的多層感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近。因此，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為工具建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練找出油的粘度與溫度、介電常數(shù)與溫度之間的關(guān)系，送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。第一級(jí)融合采用兩個(gè)3層前饋型ANN網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是2-8-1，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸出分別是是40℃下油的粘度值和介電常數(shù)值(歸一化值)，其學(xué)習(xí)算法采用誤差反向傳播算法。
(2)第二級(jí)融合在得出40℃下油的粘度值、油溫、介電常數(shù)后，利用BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)油品的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，可得出油品目前的狀態(tài)(正常、輕微污染、報(bào)警和報(bào)廢)。本實(shí)用新型采用離線訓(xùn)練，在線運(yùn)行的方式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練在微機(jī)上進(jìn)行，使用工程上常用的Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)訓(xùn)練結(jié)束后，將得到的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)存入智能油品質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)儀的24C04中，利用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
本實(shí)用新型使用了石英晶體微天平(QCM)作為粘度測(cè)量傳感器，這種方法從原理上講，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，并且實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，滿足油品的在線粘度分析的要求。引入了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立了油品質(zhì)量綜合分析的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，大大地提高了智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的測(cè)量可靠性。隨著樣本數(shù)據(jù)的不斷增加以及油品劣化機(jī)理的研究，該模型將更加完善，對(duì)今后油液質(zhì)量分析進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有著重要的意義。
為了能夠?qū)嵤┍緦?shí)用新型，發(fā)明人給出了以下的實(shí)施例。
圖3、圖4是本實(shí)用新型粘度探頭的兩種具體的實(shí)施實(shí)例。
QCM探頭的設(shè)計(jì)必須滿足在油液環(huán)境中穩(wěn)定振蕩的要求。傳感器探頭的結(jié)構(gòu)對(duì)振蕩器的性能影響很大，對(duì)探頭的設(shè)計(jì)要遵循以下原則a.力求傳感器具有較小的體積和質(zhì)量，并且便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。
b.減少晶片受到的液體阻尼，使晶體易于起振。
c.在保證油不滲入晶片的另一表面的前提下，應(yīng)盡可能的減少封裝形式對(duì)晶體振蕩參數(shù)的影響，減少封裝應(yīng)力。
為了減少阻尼，本實(shí)施例設(shè)計(jì)的QCM探頭采用單面觸液型，探頭的結(jié)構(gòu)根據(jù)晶片安裝位置的不同可以有兩種，分別如圖3、圖4所示，其中，14是端蓋，15是石英晶體振蕩片，16是電極，17是接線柱，18是膠木殼體。探頭殼體采用耐油的膠木材料制作，采用膠接的方法將晶片用環(huán)氧樹(shù)脂固定在殼體上，注意樹(shù)脂一定要均勻涂抹在晶片和殼體之間，接線柱與導(dǎo)線焊接在一起后，必須用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密封，防止油浸入導(dǎo)線內(nèi)。采用這種單面觸液型結(jié)構(gòu)，不但可以使QCM傳感器的兩個(gè)電極在電氣上相互隔離，而且因?yàn)榫挥幸幻媾c油液接觸，減少了油液對(duì)石英振蕩片的阻尼，使晶體容易起振。因?yàn)槭⒕w振蕩片較薄，所以在安裝時(shí)應(yīng)保證石英晶體與膠木殼體相互垂直，并且使晶片的電極處于圓柱體外殼的中心位置。
權(quán)利要求1.一種智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，包括，一儀器殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的電路；電路部分包括以一單片機(jī)[1]為核心的微處理器，其特征在于，單片機(jī)[1]連接有振蕩電路[5]、電容頻率轉(zhuǎn)換電路[6]、溫度傳感器[7]、監(jiān)控電路[8]、鍵盤(pán)輸入模塊[9]、串行LED驅(qū)動(dòng)器[10]、通訊模塊[12]和存儲(chǔ)器[13]；振蕩電路[5]連接有測(cè)量用粘度傳感器[2]和參考用石英晶體[3]，電容頻率轉(zhuǎn)換電路[6]連接有電容傳感器[4]，串行LED驅(qū)動(dòng)器[10]連接有LED顯示器[11]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述測(cè)量用粘度傳感器[2]為石英晶體微天平，結(jié)構(gòu)形式采用單面觸液型；所述振蕩電路[5]的型號(hào)采用MAX913，其輸出是TTL電平信號(hào)，便于單片機(jī)的采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述電容傳感器[4]為容柵式傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述通訊模塊[12]的型號(hào)為MAX232。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述存儲(chǔ)器[13]的型號(hào)為24C04。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述溫度傳感器[7]的型號(hào)為DS1820。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述串行LED驅(qū)動(dòng)器[10]的型號(hào)為Max7219。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能油品質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述監(jiān)控電路[8]的型號(hào)為Max813。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種油品質(zhì)量狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀，用于潤(rùn)滑油或液壓油的評(píng)價(jià)。它由粘度探測(cè)器、溫度傳感器、容柵式電容及其傳感器電路、89C52單片機(jī)、通訊接口電路、人機(jī)對(duì)話模塊(包括鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊及報(bào)警電路)等部分組成，它不但可以監(jiān)測(cè)油液粘度、介電常數(shù)和油溫的變化，還利用多傳感器的信息融合技術(shù)，將測(cè)到的粘度、溫度、介電常數(shù)進(jìn)行融合得出油品的狀態(tài)，判斷油質(zhì)的污染程度，大大提高了油品質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。能將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳入上位機(jī)，以便進(jìn)一步分析處理。
文檔編號(hào)G01N35/00GK2554632SQ02261839
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者張優(yōu)云, 張劍鋒 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)