專利名稱：正交光纖在線油液監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及利用油液中磨粒的光散射特性監(jiān)測油液中所含的固體顆粒大小以及污染度的儀器，特別涉及正交光纖在線監(jiān)測油液中顆粒以及油液污染度的監(jiān)測器。
背景技術(shù)：
目前，通過監(jiān)測潤滑油液的方法，對設(shè)備潤滑系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測多在實驗室條件下進(jìn)行，主要有光譜和鐵譜分析技術(shù)實驗室分析具有時間滯后，分析過程復(fù)雜以及分析結(jié)果更多的依賴專家經(jīng)驗的缺點，國內(nèi)外開發(fā)的用于在線檢測的儀器主要針對磨損顆粒的磁性進(jìn)行測量，但是一般測量的顆粒都比較大、精度低。目前基于光學(xué)測量方法的油液檢測在線監(jiān)測，有利用油中磨粒的光散射特性而開發(fā)的，如美國生產(chǎn)的HIAC/ROYCO光電型磨粒在線監(jiān)測儀，使用快速的線性掃描傳感器記錄光散射產(chǎn)生的斑圖，可以檢測出顆粒的空間變化信號，而空間變化與散射物的尺寸、光特性以及形貌有關(guān)，不適用于在線監(jiān)測。美國海軍開發(fā)的LaserNet Fines光學(xué)磨粒監(jiān)測儀可用于離線分析，也可用于在線監(jiān)測，激光二極管照射到油液后在光電子照相機(jī)上生成圖像，生成的圖像用于磨粒識別，全部圖像用于確定油液所反映的特性，該類儀器價格昂貴。國內(nèi)主要有采用直射式光路的污染檢測專利(99232097)以及使用CCD接收器的液體濃度測量傳感器(96218109)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一種通過測量油液光散射透光量來檢測油液中顆粒物粒度，反映設(shè)備狀況的正交光纖在線油液監(jiān)測器。
實現(xiàn)本實用新型目的的在線油液監(jiān)測器，由光學(xué)傳感探頭和油液流動的檢測管路組成，特點在于光學(xué)傳感探頭為兩路光纖傳感探頭，且兩路光纖傳感探頭與油液流動的檢測管路正交，油液從上而下通過檢測樣品池，兩正交入射光路和接收光路與油液流動管路組成三維空間結(jié)構(gòu)。
上述的光纖傳感探頭由發(fā)光二極管、輸入光纖、準(zhǔn)直透鏡、樣品池、輸出光纖，光電接收管、數(shù)據(jù)采集卡、信號處理計算機(jī)組成，以上所述的發(fā)光二極管、輸入光纖、準(zhǔn)直透鏡、樣品池、輸出光纖、光電接收管依序直線設(shè)置。
所述的檢測管路系統(tǒng)由管道相連的帶攪拌器的油箱、吸油管、壓力表、油泵、溢流閥、可調(diào)節(jié)流閥、流量計、加熱器、置放光纖探頭的管、油液取樣點、二位三通閥、過濾器、溫度計構(gòu)成。
本實用新型所設(shè)計的在線油液光纖傳感器通過測量油液光散射透光量可以檢測相對小的顆粒粒度。通過光通量變化來反映小尺寸的固體顆粒物信息來反映設(shè)備的狀態(tài)。采用光導(dǎo)纖維作為監(jiān)測的光通道，可以防爆和防外界干擾，適合于多種工礦場合。采用正交光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計使儀器具有高靈敏度和穩(wěn)定性，不需測量入射光強(qiáng)度就可以實現(xiàn)油液的在線測量。
本實用新型的有益效果是針對油液中固體顆粒物來研究，即測量油液中所有顆粒粒度大小，及其分布特征。其中磨損顆粒的大小和分布決定了油液的污染度，磨粒含量越多則油液污染度越嚴(yán)重。


圖1是所設(shè)計的油液監(jiān)測實驗臺。
圖2是光纖傳感器測量原理圖。
圖3是光纖傳感器探頭結(jié)構(gòu)圖。
圖4是正交光纖監(jiān)測器外型圖。
圖1中油液監(jiān)測實驗臺由1.潤滑油及油箱、2.油液攪拌器、3.吸油管、4.壓力表、5.油泵、6.溢流閥、7.可調(diào)節(jié)流閥、8.流量計、9.加熱器、10.安裝光纖探頭管位置、11.油液取樣點、12.二位三通閥、13.過濾器、14.溫度計。
圖2中，15.發(fā)光二極管、17.準(zhǔn)直透鏡、18.樣品池、16.19.輸入輸出光纖、20.光電接收管、21.數(shù)據(jù)采集卡、22.計算機(jī)。
圖3中，23.入射光纖接頭、24.透鏡系統(tǒng)、25.石英玻璃、26.光路主體部分、27.樣品池、28.出射光纖接頭、29.調(diào)整螺釘、30.光纖耦合連接裝置。
圖4中，31.連接頭、32.旋頭、33.塑料油管、34.檢測管路、35.36.傳感器探頭、37.光感區(qū)、38-40.通道1、39-41通道2。
具體實施方式
該在線油液檢測器采用嵌入方式安裝在圖1所示的油液實驗臺的位置10處，油液實驗臺由潤滑油及油箱1，油液攪拌器2、吸油管3、壓力表4、油泵5、溢流閥6、可調(diào)節(jié)流閥7、流量計8、加熱器9、油液取樣點11、二位三通閥12、過濾器13、溫度計14組成。主要用來模擬實際的機(jī)械設(shè)備潤滑系統(tǒng)，以完成光纖傳感器的在線測量研究。
傳感器檢測系統(tǒng)測量原理如圖2所示，由光源15、準(zhǔn)直透鏡17、輸入輸出光纖16，19，光電接收管20、數(shù)據(jù)采集卡21、計算機(jī)22等部分組成。由光源15產(chǎn)生的光通量I0，通過輸入光導(dǎo)纖維16和準(zhǔn)直透鏡17將光引入測量區(qū)域，即布置于光路上的樣品池18。未被顆粒散射和吸收的部分出射光將由透鏡會聚，經(jīng)第二根光纖19導(dǎo)出到光電信號處理單元，即光電接收管20的光敏表面上。利用光電信號放大器可以測量出載有信息的光通量I，通過數(shù)據(jù)采集卡21輸入計算機(jī)22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。計算機(jī)主要完成對信號的存儲、運(yùn)算等，最后顯示被測量的結(jié)果。
當(dāng)強(qiáng)度為I0的光源通過厚度為L的油液(不均勻介質(zhì))，由于懸浮在油中的顆粒對入射光的吸收和散射作用，使穿過顆粒的透射光強(qiáng)度減弱到I，那么光強(qiáng)度減弱符合Beer-Lambert定律，公式如下I＝I0exp(-τL)式中τ是與光強(qiáng)無關(guān)的比例系數(shù)，稱為衰減系數(shù)或濁度；L為測量光程。
τ＝NKσ＝π/4D2NK其中K為消光系數(shù)，表征每個顆粒對入射光的散射量，是粒徑、波長及顆粒相對于介質(zhì)的折射率的函數(shù)N為顆粒個數(shù)濃度，即指單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)；D為顆粒直徑；σ為顆粒迎光面積。通過測量光強(qiáng)度的變化即可反演計算出油液中所有固體顆粒物的分布，從而表征設(shè)備潤滑系統(tǒng)的顆粒污染度。
如圖3所示實施例中，傳感器探頭包括入射光纖接頭23，光路主體部分26和出射光纖接頭28。通過調(diào)整光纖接頭上的螺釘29完成光學(xué)光路的對中調(diào)整。主體部分26呈圓柱形狀，包括透鏡系統(tǒng)17和樣品池18，樣品池18即為圓柱體中部的半沉槽，深為3/4圓柱直徑，槽四周用石英玻璃薄片25、27粘接，隔離油液與光學(xué)系統(tǒng)。光纖接頭和主體部分采用銅金屬材料，通過螺紋連接，保證光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。發(fā)光二極管15和光電接收管20通過光纖耦合連接裝置30與入射和出射光纖接頭23，28相連。
圖4為傳感器采用正交光路測量系統(tǒng)實施例示意圖，將圖3所示的兩個傳感器探頭35，36正交安裝于一個檢測管路34，必須保證兩探頭與樣品池18對中。該檢測管路34兩端用中間帶有螺孔的旋頭32密閉，油管連接接頭31與旋頭32螺紋連接，通過塑料油管33將油液從檢測設(shè)備潤滑系統(tǒng)引導(dǎo)進(jìn)入傳感器探頭的樣品池18。光源通過光纖、透鏡系統(tǒng)從通道38，39照射到光感區(qū)37，油液從上而下通過光感區(qū)，兩正交入射光路和接收光路，與油液流動管路組成三維空間。當(dāng)其中存在磨損顆粒時，便產(chǎn)生散射，信號通過通道40，41由光電接收管轉(zhuǎn)換為電信號。由于所處相同的工作環(huán)境，則可通過如下兩個公式組成方程組。(I)1=(I0)1e-τL]]>(I)2=(I0)2e-τL]]>通過比值則可消除入射光強(qiáng)變化帶來的影響，即(I0)1/(I0)2值等于常數(shù)。這樣每次測量之前不需要測定入射光強(qiáng)值的大小，保證了該傳感器可用于油液在線測量。另一方面兩路光學(xué)測量通道可采用不同波長進(jìn)行測量，而采用不同波長可以有效反演顆粒分布函數(shù)。
權(quán)利要求1.一種在線油液監(jiān)測器，由光學(xué)傳感探頭和油液流動的檢測管路組成，其特征是光學(xué)傳感探頭為兩路光纖傳感探頭(35)、(36)，兩路光纖傳感探頭(35)、(36)與油液流動的檢測管路(34)正交，油液從上而下通過檢測樣品池，兩正交入射光路(38)、(39)和接收光路(40)、(41)，與油液流動管路組成三維空間結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測器，其特征是所述的光纖傳感探頭由發(fā)光二極管(15)、輸入光纖(16)、準(zhǔn)直透鏡(17)、樣品池(18)輸出光纖(19)，光電接收管(20)、數(shù)據(jù)采集卡(21)、信號處理計算機(jī)(22)組成，以上所述的發(fā)光二極管、輸入光纖、準(zhǔn)直透鏡、樣品池、輸出光纖、光電接收管依序直線設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測器，其特征是油液檢測管路是安裝在由管道相連的帶攪拌器(2)的油箱(1)，吸油管(3)、壓力表(4)、油泵(5)、溢流閥(6)、可調(diào)節(jié)流閥(7)、流量計(8)、加熱器(9)、置光纖探頭(10)的管、油液取樣點(11)、二位三通閥(12)、過濾器(13)、溫度計(14)組成的油液檢測管路系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型是基于光纖技術(shù)的在線油液監(jiān)測器。它由光纖傳感器及傳感器檢測和測量等部分組成、傳感器串聯(lián)安裝在被測設(shè)備的潤滑系統(tǒng)管路中。其技術(shù)特征是該在線油液監(jiān)測器采用正交光路系統(tǒng)，可以實施油液中固體顆粒污染物的在線測量，通過對磨損顆粒大小以及顆粒濃度反映的油液污染程度來揭示被檢測設(shè)備的磨損狀況，為實施設(shè)備的狀態(tài)檢測提供了一種新儀器。
文檔編號G01N21/85GK2570777SQ02279519
公開日2003年9月3日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者嚴(yán)新平, 殷勇輝, 王弢, 姜德生 申請人:武漢理工大學(xué)