一種檢測流體磁性顆粒的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及設(shè)備狀態(tài)檢測和分析領(lǐng)域，尤其設(shè)及基于流體中磁性顆粒成像，W獲 得磁性顆粒物理特性的檢測流體磁性顆粒的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 檢測流體磁性顆粒的技術(shù)原理是利用電感勵磁方式產(chǎn)生磁力，吸附流體中的磁性 顆粒，進行顆粒成像處理，W便檢測顆粒的尺寸大小、濃度、形狀、顏色、紋理等物理特性。
[0003] 在現(xiàn)有的一些磁性顆粒檢測裝置中，例如公開號為CN103983543A的中國發(fā)明專 利申請，其鏡頭和吸附部件分別設(shè)置在油液流道的兩側(cè)，調(diào)焦范圍僅1. 8倍，該就造成在獲 取油液顆粒時，由于光的折射或反射，油液中的氣泡改變了原本光傳遞過程中單一均勻的 介質(zhì)，影響磁性顆粒的成像；此外，在檢測不透明油液時，不透明油液本身會對成像產(chǎn)生阻 礙作用。
[0004] 光的折射與光的反射都是發(fā)生在兩種介質(zhì)的交界處，只是反射光返回原介質(zhì)中， 而折射光則進入到另一種介質(zhì)中，由于光在兩種不同的物質(zhì)里傳播速度不同，故在兩種介 質(zhì)的交界處傳播方向發(fā)生變化。在實際應(yīng)用中，主要考慮光的折射。光的入射角與折射角 之間的關(guān)系，可W用斯涅爾定律（Snell'sLaw)來描述。斯涅爾定律表明，當(dāng)光波從介質(zhì)1 傳播到介質(zhì)2時，假若兩種介質(zhì)的折射率不同，則會發(fā)生折射現(xiàn)像，其入射光和折射光都處 于同一平面，稱為入射平面，并且與界面法線的夾角滿足如下關(guān)系：
[0005] riisin目1=n2sin目2
[0006] 其中，油液的折射率為1. 3~1. 5。如果鏡頭和吸附部件分別設(shè)置在流道的兩側(cè)， 即光傳輸?shù)界R頭需要經(jīng)過透光片、油液W及油液中的氣泡至少S種介質(zhì)。理想情況下，光 從空氣穿過均勻的透光片和油液，由上述斯涅耳定律公式可知，光的折射只跟透光片的折 射率有關(guān)系；但實際情況中，油液中很可能混有氣泡等成為不均勻的介質(zhì)，光穿過氣泡的 曲面，會產(chǎn)生不同程度的反射和折射，使光線發(fā)散。該樣獲取的顆粒圖像受到氣泡的影響， 在后續(xù)計算處理的過程中，對其形狀、尺寸、紋理等物理特性檢測和分析的精確度會有所影 響。
[0007] 另外，當(dāng)光照射到油液時，一部分會被吸收，一部分被散射，另一部分直接穿過油 液，根據(jù)Beel-Lambed定律，即一束單色光照射于一吸收介質(zhì)表面，在通過一定厚度的吸 收介質(zhì)后，由于介質(zhì)吸收了一部分光能，透射光的強度就要減弱。吸收介質(zhì)的濃度愈大，介 質(zhì)的厚度愈大，則光強度的減弱愈顯著，其關(guān)系為：
[000引
[0009] 其中，A代表吸光度，K是吸收系數(shù)或者摩爾吸收系數(shù)，1是吸收介質(zhì)的厚度，C為 吸收介質(zhì)的濃度，I。、It、T分別表示入射光的強度、透射光的強度和透射比。因此，鏡頭隔 著濃度較高的有色油液所采集到的油液中磁性顆粒圖像，會由于光強度的減弱而顯得不清 晰，甚至難W被用于后續(xù)處理。
[0010] 另外，現(xiàn)有流體磁性顆粒檢測裝置的調(diào)焦范圍只有1.8倍，也不利于獲取清晰的 圖像，更無法對顆粒的紋理進行觀察和分析。由放大率和光學(xué)路徑長度、焦距的關(guān)系有：
[0011]
[0012] 其中，r為總放大率，A為光學(xué)路徑長度，f為焦距，負號表示獲取的圖像為倒像。 因此，按照現(xiàn)有技術(shù)要實現(xiàn)調(diào)焦范圍的擴大，需要增大裝置的體積，更換更加昂貴的鏡頭。 該無疑會增加裝置的成本，減少設(shè)備適宜使用的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，提供了一種檢測流體磁性顆粒的 裝置與方法，消除了流體中氣泡對磁性顆粒成像的影響，能檢測流體中磁性顆粒的數(shù)量、形 狀、紋理和尺寸。
[0014] 本發(fā)明檢測流體磁性顆粒的裝置，采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種檢測流體磁性 顆粒的裝置，包括成像模塊、吸附模塊、控制模塊、透光片及圖像處理模塊；成像模塊、吸附 模塊及透光片設(shè)置在流體流道的同一側(cè)；吸附模塊與控制模塊電連接，受控于控制模塊而 吸附或釋放磁性顆粒；透光片固定在流體流道的上表面、位于成像模塊的光路中屯、，透光片 位于吸附模塊通電后所產(chǎn)生的磁場中，吸附模塊將磁性顆粒吸附到透光片下方；圖像處理 模塊分別與成像模塊、控制模塊電連接，對成像模塊輸出的磁性顆粒的圖像信號處理后上 傳給控制模塊；控制模塊對圖像信號進行圖像分析處理，得出磁性顆粒的物理特性數(shù)據(jù)。
[0015] 所述吸附模塊包括鐵巧架、線圈和勵磁吸附部件；勵磁吸附部件固定在透光片的 上表面，與透光片貼附；吸附部件與鐵巧架連接，線圈纏繞在鐵巧架上；所述控制模塊控制 線圈的通電和斷電，使勵磁吸附部件產(chǎn)生和失去磁力。
[0016] 所述勵磁吸附部件設(shè)有兩組，鐵巧架也設(shè)有兩組，兩組勵磁吸附部件與兩組鐵巧 架一一對應(yīng)連接；兩組勵磁吸附部件W成像模塊的光路中屯、為對稱軸，對稱設(shè)置在透光片 上。
[0017] 所述成像模塊包括成像器件、濾光片、鏡筒、透鏡組、調(diào)焦機構(gòu)、棱鏡、物鏡鏡頭W 及反射光源；成像器件位于濾光片的上方，成像器件與鏡筒連接；鏡筒內(nèi)依次設(shè)置反射光 源、物鏡鏡頭、調(diào)焦機構(gòu)、透鏡組W及濾光片，棱鏡位于透鏡組和成像器件之間，反射光源位 于鏡筒最下方，調(diào)焦機構(gòu)設(shè)置在透鏡組上；反射光源的光線照射到透光片上。
[001引所述控制模塊包括依次連接的終控機、上位機和下位機，下位機分別與流道中的 累、吸附模塊、成像模塊連接，圖像處理模塊分別與成像模塊、上位機連接；圖像處理模塊將 處理后的圖像信號上傳到上位機，再由上位機上傳到終控機，由終控機做圖像識別處理。
[0019] 所述圖像處理模塊包括依次連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像處理巧片和圖像緩存巧 片，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與成像模塊連接，圖像處理巧片與上位機連接。
[0020] 所述控制模塊對吸附模塊進行如下控制；直接給吸附模塊通電W吸附顆粒，然后 直接斷電W釋放顆粒；或者給吸附模塊先通電W吸附顆粒，然后導(dǎo)入方向不斷變化、越來越 小的電流W釋放顆粒。
[0021] 本發(fā)明檢測流體磁性顆粒的方法，采用如下技術(shù)方案：包括W下步驟：
[0022] S1、下位機接收上位機的控制命令，控制流道中的累W調(diào)節(jié)油液的流速；
[0023]S2、下位機接收上位機的控制命令，控制吸附模塊通電產(chǎn)生磁力，透光片開始吸附 油液中的磁性顆粒；
[0024]S3、開啟成像模塊，采集透光片上所吸附磁性顆粒的圖像，向圖像處理模塊輸出模 擬圖像信號；
[0025]S4、圖像處理模塊對模擬圖像信號進行處理，向上位機上傳處理后的數(shù)字圖像信 號；上位機收到數(shù)字圖像信號后，向下位機發(fā)出控制命令；下位機控制吸附模塊斷電或給 吸附模塊導(dǎo)入方向不斷變化、越來越小的電流，使吸附模塊的磁力降低，釋放顆?；赜鸵?， 準(zhǔn)備接收下一次來自上位機的控制命令，開始新的顆粒吸附、圖像采集、顆粒釋放的循環(huán)周 期；
[0026]S5、上位機將所接收的數(shù)字圖像信號傳輸?shù)浇K控機，由終控機進行關(guān)于顆粒數(shù)量、 形狀、尺寸和紋理的計算；終控機存儲和顯示顆粒信息，得出檢測的結(jié)論。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點和有益效果：
[002引 1、在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，勵磁吸附部件與位于流道上方的透光片貼附，使得最終吸附獲 取的油液中磁性顆粒與鏡頭之間不再隔有油液，避免由于油液不均勻而產(chǎn)生的光反射和折 射，消除了油液中的氣泡折射W及不透明油液對檢測結(jié)果的影響，也消除了油液對光強度 的減弱作用對磁性顆粒成像造成的不良影響。
[0029] 2、調(diào)焦機構(gòu)可W采用螺紋傳動機構(gòu)、蝸輪蝸桿機構(gòu)、絲杠螺紋機構(gòu)、凸輪傳動機構(gòu) 或者直線電機等傳動機構(gòu)。在棱鏡的配合下，調(diào)焦機構(gòu)能夠在10-1000倍的范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn) 定的焦距調(diào)節(jié)，獲得更加清晰的顆粒圖像，最終獲得磁性顆粒的數(shù)量、形狀、紋理和尺寸信 息，滿足實際油液檢測