專利名稱：光纖耦合led雙光源油液運(yùn)動顆粒顯微成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過光纖耦合LED透反射雙色雙光源、長焦鏡頭組件、窗體式流 動池和高速數(shù)字CCD組成的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，獲取流動油液中運(yùn)動顆粒目 標(biāo)的表面顏色、輪廓、尺寸和孔隙率等數(shù)字化圖像信息，用以分析油液中顆粒的類型、數(shù)量 和尺寸分布，進(jìn)而確定密閉油液系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械磨損狀態(tài)和固體顆粒污染度，適用于航空、 艦船、鐵路等領(lǐng)域的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷。
背景技術(shù)：
在裝備實(shí)施狀態(tài)監(jiān)控和視情維修過程中，需對其內(nèi)部的密閉潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng) 等開展油液監(jiān)控工作。油液監(jiān)控是通過對系統(tǒng)內(nèi)油液的檢測和分析，監(jiān)控系統(tǒng)磨損狀態(tài)和 污染狀況的現(xiàn)代維修技術(shù)。目前以油液光譜分析、鐵譜分析和顆粒污染度檢測為代表多種 油液監(jiān)控技術(shù)已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但上述任一單獨(dú)的監(jiān)控手段難以涵蓋全面的故障 征兆信息，如光譜分析難以檢測油液中尺寸大于10微米磨粒，鐵譜分析難以獲取定量的 磨粒信息，顆粒污染度檢測不能用以監(jiān)控磨損狀態(tài)?；诠饫w耦合LED雙色透反射光路的 油液運(yùn)動顆粒顯微成像系統(tǒng)，運(yùn)用計算機(jī)數(shù)字圖像處理和分析診斷專家系統(tǒng)等技術(shù)途徑， 可用以自動檢測油液中各種尺寸段特征磨粒(特別是較大尺寸特征磨粒，典型的較大尺寸 磨粒長軸尺寸一般為> 15微米)圖像的形態(tài)、尺寸及數(shù)量分布，能夠準(zhǔn)確評價發(fā)動機(jī)磨損 故障的嚴(yán)重程度和失效類型，同時檢測油液的顆粒污染度等級，可集成光譜分析、鐵譜分 析、顆粒污染度檢測等多種油液監(jiān)控技術(shù)的征兆信息，有效提高油液監(jiān)控效率和故障診斷 成功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用以獲取油液中運(yùn)動顆粒數(shù)字化圖像信息的光電顯微 成像系統(tǒng)，其特征在于采用基于光纖耦合LED透反射雙色雙光源，對流經(jīng)窗體式流動池的 油液中運(yùn)動顆粒目標(biāo)，經(jīng)長焦鏡頭組件光學(xué)放大并成像，通過高速數(shù)字CCD獲取顆粒目標(biāo) 的表面顏色、輪廓、尺寸和孔隙率等數(shù)字化圖像信息。通過采用適合的光學(xué)放大倍數(shù)，可有 效檢測油液中最小尺寸為4微米的顆粒目標(biāo)，由此可從油液中獲取較全面的顆粒信息。本發(fā)明涉及的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)由光纖耦合LED透反射雙色雙光 源、長焦鏡頭組件、窗體式流動池和高速數(shù)字CCD組成，系統(tǒng)組成詳見圖1。系統(tǒng)中的透反射 雙色雙光源包括綠光LED透射光纖光源和紅光LED反射光纖光源；長焦鏡頭組件由雙膠合 透鏡、光闌、透鏡、反射鏡和分光鏡組成。利用蠕動泵或氣泵驅(qū)動油液流經(jīng)窗體式流動池，油液中的運(yùn)動顆粒目標(biāo)在光學(xué)成 像系統(tǒng)中成像。光學(xué)成像系統(tǒng)中，采用綠光LED光纖光源作為透射光源，紅光LED光纖光源 作為反射光源，通過長焦鏡頭組件將顆粒目標(biāo)圖像在高速數(shù)字C⑶上成像。由于采用透反 射雙色雙光路，增加了運(yùn)動顆粒目標(biāo)的表面顏色信息(紅色R分量和綠色G分量)，豐富了 磨粒圖像的數(shù)字化信息。由于金屬顆粒表面的顏色信息中，R分量明顯大于G分量，使顆粒目標(biāo)在分析診斷中，金屬顆粒的識別效率大大提高。此外，LED光纖光源中增加半導(dǎo)體制冷片制冷，將光源環(huán)境溫度控制在20士5°C， 并采用驅(qū)動電路加電流負(fù)反饋穩(wěn)流電路的方式為光源提供穩(wěn)定的電流，可有效提高LED光 纖光源的穩(wěn)定性和使用壽命。


圖1為本發(fā)明的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)。圖1中的綠光LED光纖光源1產(chǎn)生的透射光，經(jīng)雙膠合透鏡2準(zhǔn)直后，通過窗體式 流動池3，穿透的透射光經(jīng)光闌4和透鏡5，在45°半透半反分光鏡7折射到反射鏡6，經(jīng)雙 膠合透鏡10，在反射鏡11處折射至高速數(shù)字C⑶靶面成像。紅光LED光纖光源9產(chǎn)生的 反射光，經(jīng)雙膠合透鏡8后，透過45°半透半反分光鏡7后，通過透鏡5和光闌4準(zhǔn)直照射 到窗體式流動池3，產(chǎn)生的反射光經(jīng)光闌4和透鏡5，在45°半透半反分光鏡7折射到反射 鏡6，經(jīng)雙膠合透鏡10，在反射鏡11處折射至高速數(shù)字C⑶靶面成像。通過綠色LED光纖 光源透射和紅光LED光纖光源反射后，經(jīng)長焦鏡頭組件在CXD上成像的運(yùn)動顆粒目標(biāo)圖像 具有豐富的表面顏色、輪廓、尺寸和孔隙率等數(shù)字化圖像信息，是進(jìn)行顆粒圖像分析診斷的 基礎(chǔ)信息源。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 運(yùn)用本發(fā)明的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，監(jiān)測航空發(fā)動機(jī)在用 滑油中的磨損金屬顆粒數(shù)量、類型和尺寸分布，對發(fā)動機(jī)內(nèi)部磨損狀態(tài)實(shí)施狀態(tài)監(jiān)控和故 障診斷。油液監(jiān)控是航空發(fā)動機(jī)實(shí)施狀態(tài)監(jiān)控和視情維修重要技術(shù)手段。發(fā)動機(jī)滑油中的 磨粒蘊(yùn)含著豐富的零部件磨損狀態(tài)信息，通過檢測磨粒的成分、數(shù)量和磨損類型等所獲得 的信息，對于有效診斷航空裝備的磨損故障具有重要意義。目前以油液光譜分析、鐵譜分析 為代表油液監(jiān)控技術(shù)已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但上述監(jiān)控技術(shù)存在一定的局限性，如油 液光譜分析不能有效檢測油液中尺寸大于10微米的磨粒，而因軸承疲勞失效引起的危險 性發(fā)動機(jī)故障往往產(chǎn)生大量尺寸大于10微米的疲勞剝落磨粒，通過油液光譜分析難以有 效預(yù)報軸承疲勞失效引起的發(fā)動機(jī)故障；鐵譜分析通過永久磁鐵捕獲油液中鐵磁性磨損顆 粒，通過光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，難以快速獲取定量的磨粒信息，磨粒類型的判別高度依賴操 作者的經(jīng)驗(yàn)。基于LED光纖耦合雙色透反射光路的油液運(yùn)動顆粒顯微成像系統(tǒng)，運(yùn)用計算機(jī)數(shù) 字圖像處理和分析診斷專家系統(tǒng)等技術(shù)途徑，可用以自動識別油液中各種尺寸段特征磨粒 圖像的形態(tài)、尺寸及數(shù)量分布，能夠準(zhǔn)確評價發(fā)動機(jī)磨損故障的嚴(yán)重程度和失效類型，可有 效提高油液監(jiān)控效率，提高故障診斷成功率。目前，運(yùn)用本發(fā)明的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，通過系統(tǒng)集成和軟硬件開 發(fā)，開發(fā)成功多功能油液磨粒檢測儀，用于航空發(fā)動機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)控。該系統(tǒng)采用10倍光 學(xué)放大將顆粒目標(biāo)成像到CCD，通過分析診斷油液運(yùn)動顆粒顯微成像系統(tǒng)采集的顆粒目標(biāo) 圖像，經(jīng)圖像預(yù)處理后運(yùn)用顆粒圖像參數(shù)結(jié)合案例分析的方法，將長軸尺寸大于10微米的 顆粒目標(biāo)自動識別成金屬顆粒、非金屬顆粒和氣泡等，其中金屬顆粒進(jìn)一步識別成疲勞磨粒、切削磨粒和嚴(yán)重滑動磨粒，并分別計算濃度和尺寸分布。實(shí)施例2 運(yùn)用本發(fā)明的油液運(yùn)動顆粒光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，監(jiān)測油液中的顆粒數(shù) 量、類型和尺寸分布，確定油液固體顆粒污染度?；诠饫w耦合LED雙色透反射光路的油液運(yùn)動顆粒顯微成像系統(tǒng)，運(yùn)用計算機(jī) 數(shù)字圖像處理和分析診斷專家系統(tǒng)等技術(shù)途徑，可用以自動檢測油液中當(dāng)量圓直徑大 于4微米的所有顆粒的數(shù)量和尺寸分布，采用NAS1638、GJB420A-1996、GJB420B-2006和 Γ 0CT17216等多種國內(nèi)外通用的固體顆粒污染度分級標(biāo)準(zhǔn)，用以檢測包括潤滑油、液壓油 和噴氣燃料等油液的固體顆粒污染度。
權(quán)利要求
一種用以獲取油液中運(yùn)動顆粒數(shù)字化圖像信息的光電顯微成像系統(tǒng)，其特征在于采用基于光纖耦合LED透反射雙色雙光源，對流經(jīng)窗體式流動池的油液中運(yùn)動顆粒目標(biāo)，經(jīng)長焦鏡頭組件光學(xué)放大并成像后，通過高速數(shù)字CCD獲取顆粒目標(biāo)的表面顏色、輪廓、尺寸和孔隙率等數(shù)字化圖像信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括透反射雙色雙光 源、長焦鏡頭組件、窗體式流動池和數(shù)字圖像采集裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透反射雙色雙光源，其中所述的光源采用光纖耦合LED光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖耦合LED光源，其中所述的光源，采用綠光LED光纖光源 作為透射光源，紅光LED光纖光源作為反射光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖耦合LED光源，光源中增加半導(dǎo)體制冷片制冷，并采用驅(qū) 動電路加電流負(fù)反饋穩(wěn)流電路以提高穩(wěn)定性和壽命。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長焦鏡頭組件，其特征在于，其中所述的鏡頭組件由雙膠合 透鏡、光闌、透鏡、反射鏡和分光鏡組成，其中光學(xué)放大倍數(shù)為4-10，成像景深> 30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的窗體式流動池，其特征在于，其中所述的流動池流場厚度范 圍為90-110微米，有效視場范圍不小于800X600微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字圖像采集裝置，其特征在于，其中所述的裝置為高速數(shù) 字(XD，最小采集頻率20f/ps，最小圖像分辨率640X480。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電顯微成像系統(tǒng)，其中所述的顆粒目標(biāo)為金屬磨粒、非金 屬顆粒、纖維、水珠和氣泡等。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電顯微成像系統(tǒng)，其中所述的油液包括潤滑油、液壓油、 噴氣燃料、汽油和柴油等各種介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以獲取油液中運(yùn)動顆粒數(shù)字化圖像信息的光電顯微成像系統(tǒng)，其特征是采用基于光纖耦合LED透反射雙色雙光源，對流動油液中的運(yùn)動顆粒目標(biāo)經(jīng)長焦鏡頭組件光學(xué)放大成像后，通過高速數(shù)字CCD獲取顆粒目標(biāo)表面顏色、輪廓、尺寸和孔隙率等數(shù)字化圖像信息，用以分析油液中顆粒的類型、數(shù)量和尺寸分布，進(jìn)而確定密閉油液油路系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械磨損狀態(tài)和油液顆粒污染度，適用于航空、艦船、鐵路等領(lǐng)域的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷。
文檔編號G01B11/00GK101943565SQ201010258140
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者宋蘭琪, 宋科, 張占綱, 王洪偉, 陳立波 申請人:中國人民解放軍空軍裝備研究院航空裝備研究所