专利名称：一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种基于光学传感技术的在线油液颗粒污染 度检测传感器，具体涉及一种基于光传感技术的多通道在线油液颗粒污染度检测传感器。
背景技术：
目前，机械设备润滑油的更换方案主要是参考推荐换油期，实行按使用时间或是 行驶里程换油。润滑油的品质对动力-传动装置各摩擦副的正常工作有重大影响，这种固 定换油周期的方案，不能准确考虑动力-传动装置的运行环境和润滑油的劣化程度，有较 大弊端如润滑油更换偏早，则浪费了人力和润滑油费用，且造成不必要的设备停运，降低 了设备完好率，并增加了环保处理负担；如润滑油更换偏晚，则造成动力_传动装置中的 各种摩擦副，工作在不合格的润滑状态，造成动力-传动装置性能下降甚至损坏。应用在 线式传感器连续监控和评价润滑油品质状态，并以此为基础确定灵活的换油时间，是今后 动力-传动装置润滑油更换方案的核心，有其现实意义。按质换油，可克服固定换油期的 缺点，实现减少润滑油消耗、降低失效润滑油排放、减少维修费用及停车维修时间、延长动 力_传动装置使用寿命的目标。为实现按质换油，目前发展的在线油液检测传感器根据原理不同分为以下几类 能量法、电学方法、磁性方法、光学方法、声学方法和其它方法。中国发明专利CN200410013354. 6公开了基于双光路的在线油液监测传感器，该 传感器的Y型光纤耦合器的输入端由光纤与光源相连，Y型光纤耦合器的输出端分为二路， 分别与二路入射光纤的一端相连，一路入射光纤的另一端与自聚焦透镜相接触，另一路入 射光纤的另一端与自聚焦透镜相接触，自聚焦透镜位于参考油池的前方，自聚焦透镜位于 参考油池的后方，出射光纤的一端与自聚焦透镜相接触，出射光纤的另一端与光探测器相 连，光探测器由数据线与计算机相连接，参考油液位于参考油池内。采用双光路的测量方 法，通过检测测量油池的光强和参考油池的光强，分析两路信号的相关性获得有效的信息， 实现油液污染度在线监测的特点。虽然该基于双光路的在线油液监测传感器采用双光路进 行测量，针对光学方法中光强难以测定、不同油液颜色影响较大的问题作了改进。但是要实 现油液颗粒污染度的准确的在线连续检测，仍然存在下面两方面不足1、机械设备更换润滑油时，若不更换参考油池中的油液，不同品牌、批号的润滑油 颜色不同会对测量结果影响较大。每次同步更换参考油池的油液，则势必带来使用上的不 便，不利于实现在线检测。2、除光强对测量结果造成的影响需要消除外，元器件的老化现象也会造成在线油 液检测传感器测量误差。现有检测方案并未解决此问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以消除因光强不稳定引起的 测量误差以及消除元器件的老化造成在线测量误差的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器。本发明在净油时刻与检测时刻两个时间点上，分别检测两个光探测器的信号，将 分别检测到的四个不同信号作出对比，经过比较分析，消除因光强不稳定引起的测量误差 以及因对于不同待测油液颜色不同引起的测量误差。本发明在某个测量时刻，将两束同样 强度的光射到光探测器上，检测出此时光探测器的信号，将两个探测其所检测的不同信号 做出比较，经过分析，消除了由于老化等一系列外界影响所带来的光电转化的不稳定性因
ο本发明的目的通过如下技术方案实现方案一一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其1X3光耦合器 的输入端由光纤与光源相连，1X3光耦合器的输出端分为三路，第一路依次与第一入射光 纤、第一自聚焦透镜、第一参考光路油池、第四自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器 相连接；第二路依次与第二入射光纤、第二自聚焦透镜、测量光路油池和第五自聚焦透镜连 接，其中第二入射光纤上设有第一可调式光滤波器，第五自聚焦透镜通过第二出射光纤与 第二光探测器相连接；第三路依次与第三入射光纤、第三自聚焦透镜、第二参考光路油池和 第六自聚焦透镜连接；其中第三入射光纤上设有第二可调式光滤波器，第六自聚焦透镜通 过第三出射光纤与第二光探测器相连接；第一光探测器和第二光探测器分别通过数据线与 计算机相连接。所述的光源优选为发光二极管。所述的1X3光耦合器优选为三路光纤耦合器。所述的第一参考光路油池、测量光路油池、第二参考光路油池的壳体为石英玻璃； 第一参考光路油池、测量光路油池、第二参考光路油池的材料、规格、制作工艺均一致。方案二 一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其第一 1X2光耦 合器3的输入端由光纤与第一光源相连，第一 1 X2光耦合器的输出端分为两路，分别与第 一入射光纤和第二入射光纤相连，第一路的第一入射光纤、第一自聚焦透镜、参考光路空气 池、第三自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器依次连接；第二路的第二入射光纤、第 二自聚焦透镜、测量光路油池、第四自聚焦透镜、第二出射光纤和第二光探测器依次连接； 第一光探测器和第二光探测器分别通过数据线与计算机相连接；第二 1X2光耦合器的输 入端由光纤与第二光源相连，第二 1 X 2光耦合器的输出端分为两路，分别与第一光探测器 和第二光探测器相连。所述的第一光源和第二光源都优选为发光二极管。所述的第一 1X2光耦合器3和第二 1X2光耦合器4都优选为三路光纤耦合器。所述的参考光路空气池和测量光路油池的壳体为石英玻璃，参考光路空气池和测 量光路油池的材料、规格、制作工艺均一致。本发明采用的技术方案一与技术方案二均采用多通道参考空气通路代替参考油 路，以消除参考油液带来的测量误差及参考油液更换的不便性，以及消除不同光电转换元 件及老化带来的影响。相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果本发明应用将传统的参考油路变为参考空气通路，去除传统双通道测量系统受参 考油液影响的缺点，修正了不同品牌、批号润滑油颜色不同的影响，且不更换参考油液增加了使用便利性。另外，本发明方案一增设一条空气通路，方案二增加一光源，两个方法都是 将传统的参考油路变为参考空气通路，在不同时刻对光探测器进行直接测量，获得修正值 修正测量光路漂移的影响，更进一步修正光探测器光电转换漂移的影响，实现对油液润滑 油污染度的精确测量，并提高在线油液污染度检测系统的使用便利性。
图1为实施例1基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器结构示意图。图2为实施例2基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于 实施方式表述的范围。实施例1如图1所示，基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器主要由光源1、1X3 光耦合器2、第一可调式光滤波器3、第二可调式光滤波器4、第一自聚焦透镜5、第二自聚焦 透镜6、第三自聚焦透镜7、第一参考光路油池8、测量油池9、第二参考光路油池10、第四自 聚焦透镜11、第五自聚焦透镜12、第六自聚焦透镜13、第一光探测器14、第二光探测器15、 第一入射光纤16、第二入射光纤17、第三入射光纤18、第一出射光纤19、第二出射光纤20 和第三出射光纤21构成；1 X 3光耦合器2的输入端由光纤与光源1相连，1 X 3光耦合器2 的输出端分为三路，分别与第一入射光纤16、第二入射光纤17、第三入射光纤18的一端相 连，第一路通过第一入射光纤16和第一自聚焦透镜5相连，第二路通过第二入射光纤17依 次连接第一可调式光滤波器3和第二自聚焦透镜6，第三路通过第三入射光纤18依次连接 第二可调式光滤波器4和第三自聚焦透镜7 ；第一自聚焦透镜5与第一参考光路油池8由 光纤相连通(光纤的两端分别与第一自聚焦透镜5的后方和第一参考光路油池8的前方壳 体相接触，第一参考光路油池8的壳体为石英玻璃)；第四自聚焦透镜11位于第一参考光 路油池8的后方，第四自聚焦透镜11和第一参考光路油池8由光纤相连通(光纤的两端分 别与第四自聚焦透镜11的前方和第一参考光路油池8的后方壳体相接触)；第一出射光纤 19的一端与第四自聚焦透镜11相接触，第一出射光纤19的另一端与第一光探测器14相 连接，第一光探测器14通过数据线与计算机相连接；第二自聚焦透镜6与测量光路油池9 由光纤相连通(光纤的两端分别与第二自聚焦透镜6的后方和测量光路油池9的前方壳体 相接触，测量光路油池9的壳体为石英玻璃)；第五自聚焦透镜12位于测量光路油池9的 后方，第五自聚焦透镜12和测量光路油池9由光纤相连通(光纤的两端分别为第五自聚焦 透镜12的前方和测量光路油池9的后方壳体相接触)；第二出射光纤20的一端与第五自 聚焦透镜12相接触，第二出射光纤20的另一端与第二光探测器15相连接，第二光探测器 15通过数据线与计算机相连接。第三自聚焦透镜7与第二参考光路油池10由光纤相连通 (光纤的两端分别与第三自聚焦透镜7的后方和第二参考光路油池10的前方壳体相接触， 第二参考光路油池10的壳体为石英玻璃)，第六自聚焦透镜13位于第二参考光路油池10 的后方，第六自聚焦透镜13和第二参考光路油池10由光纤相连通(光纤的两端分别与第 六自聚焦透镜13的前方和第二参考光路油池10的后方壳体相接触)；第三出射光纤21的一端与第六自聚焦透镜13相接触，第三出射光纤21的另一端与第二光探测器15相连接， 第二光探测器15通过数据线与计算机相连接。光源1优选单色发光二极管。1X3光耦合器2优选三路光纤耦合器。第一参考光 路油池8、测量光路油池9、第二参考光路油池10的壳体为石英玻璃；第一参考光路油池8、 测量光路油池9、第二参考光路油池10的材料、规格、制作工艺均一致。第一自聚焦透镜5、 第二自聚焦透镜6、第三自聚焦透镜7、第四自聚焦透镜11、第五自聚焦透镜12和第六自聚 焦透镜13都属于聚焦透镜类，可以实现自聚焦；第一光探测器14和第二光探测器15可为 光电二极管。使用时，选取净油时与测试时两个时间点，开启第一可调式光滤波器3，关闭第 二可调式光滤波器4，分别检测出第一光探测器14和第二光探测器15的输出信号，根据 Beer-Lambert定律可得到净油时ρ;二 丨站,污油时β; 二 CC2I2PlQ, 2 = Ci1Iie-T^Q" 2 = α 2I2e"L其中，^、τ2分别是两个光路与光强无关的净油、污油以及空气的衰减系数，L1* L2分别是两个光路的测量光程，I1和I2分别为两个光路入射光激发电流强度，^和a2分别 为两个光路入射光激发二极管光电转换效率，Q1和Q2分别为两个光路经过光路后光强，两 个光路分别为通过第一参考光路油池8和第二参考光路油池10的光路。令λ 、λ 2为接收端第一光探测器14和第二光探测器15的光电转换效率，计算 可以得到
权利要求
1.一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在于1 χ 3光耦合器 的输入端由光纤与光源相连，1X3光耦合器的输出端分为三路，第一路依次与第一入射光 纤、第一自聚焦透镜、第一参考光路油池、第四自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器 相连接；第二路依次与第二入射光纤、第二自聚焦透镜、测量光路油池和第五自聚焦透镜连 接，其中第二入射光纤上设有第一可调式光滤波器，第五自聚焦透镜通过第二出射光纤与 第二光探测器相连接；第三路依次与第三入射光纤、第三自聚焦透镜、第二参考光路油池和 第六自聚焦透镜连接；其中第三入射光纤上设有第二可调式光滤波器，第六自聚焦透镜通 过第三出射光纤与第二光探测器相连接；第一光探测器和第二光探测器分别通过数据线与 计算机相连接。
2.根据权利要求1所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的光源为发光二极管。
3.根据权利要求1所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的光纤耦合器为三路光纤耦合器。
4.根据权利要求1所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的第一参考光路油池、测量光路油池、第二参考光路油池的壳体为石英玻璃；第一 参考光路油池、测量光路油池、第二参考光路油池的材料、规格、制作工艺均一致。
5.一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在于第一 1X2光耦 合器3的输入端由光纤与第一光源相连，第一 1X2光耦合器的输出端分为两路，分别与第 一入射光纤和第二入射光纤相连，第一路的第一入射光纤、第一自聚焦透镜、参考光路空气 池、第三自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器依次连接；第二路的第二入射光纤、第 二自聚焦透镜、测量光路油池、第四自聚焦透镜、第二出射光纤和第二光探测器依次连接； 第一光探测器和第二光探测器分别通过数据线与计算机相连接；第二 1X2光耦合器的输 入端由光纤与第二光源相连，第二 1X2光耦合器的输出端分为两路，分别与第一光探测器 和第二光探测器相连。
6.根据权利要求5所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的第一光源和第二光源都为发光二极管。
7.根据权利要求5所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的第一 1 X 2光耦合器3和第二 1 X 2光耦合器4为三路光纤耦合器。
8.根据权利要求5所述的基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器，其特征在 于所述的参考光路空气池和测量光路油池的壳体为石英玻璃，参考光路空气池和测量光 路油池的材料、规格、制作工艺均一致。
全文摘要
本发明公开了一种基于光学传感的在线油液颗粒污染度检测传感器。该传感器的1×3光耦合器的输入端由光纤与光源相连，1×3光耦合器的输出端分为三路，第一路依次与第一入射光纤、第一自聚焦透镜、第一参考光路油池、第四自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器相连接；或者是该传感器的第一1×2光耦合器3的输入端由光纤与第一光源相连，第一1×2光耦合器的输出端分为两路，分别与第一入射光纤和第二入射光纤相连，第一路的第一入射光纤、第一自聚焦透镜、参考光路空气池、第三自聚焦透镜、第一出射光纤和第一光探测器依次连接；本发明采用多通道系统，修正不同品牌、批号润滑油颜色不同的影响、并修正测量光源与光路漂移的影响。
文档编号G01N21/27GK102004079SQ20101028621
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者宁啸, 张勇, 艾芳旭 申请人:华南理工大学