一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置的制作方法

本实用新型涉及油液检测技术领域，具体说是涉及一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置。

背景技术：

润滑油是机械设备的“血液”，它在机械设备中起着密封、润滑、减磨、冷却、清洗、减振和防腐等重要作用。润滑系统以及润滑副元件的寿命与润滑油的清洁度有着极其密切的关系，尤其润滑油中的水污染是最常见的污染之一，科学准确的获得水分含量测量结果，是目前润滑油污染度检测的主要目标。

目前对于润滑油含水量检测的方法主要有：蒸馏法、电容法、电磁波法和电导率法等。

蒸馏法：是一种传统的离线检测方法，即向所取的油液样品中加入无水溶剂，在水分测定仪中蒸馏，最终将油水分离，分别测量油、水的质量，从而得到样品油液中含水率，由样品的含水率便可推断出整个油品的含水率情况。这种离线的检测方法不仅检测周期长、成本高、程序繁琐，而且过分依赖实验人员获得和处理实验数据，不能实时地反映润滑油的含水量。

电容法：即利用水和油的介电常数相差很大的原理实现原油含水率检测，含水率的微小变化，会引起润滑油介电常数的较大变化，可将介电常数的变化反映为电容值的变化，通过测量电容值就得到了含水率。但该检测方法易受到温度和杂质积聚等很多因素的影响，容易产生计量漂移，长期稳定性差等缺点。

电磁波法：即根据油和水的物理性质不同，它们对电磁波吸收能力也有很大差别，利用震荡电路，将电能转化为电磁波，并将其辐射到油水混合物中，并对穿过混合流体的电磁波进行接收，含水率不同时，混合流体对电磁波的吸收也不同，通过接收到的电磁波的强度来检测原油含水率。其缺点是油中通常含有其它杂质，不同杂质的吸收能力不同会影响测量精度，且探头制作复杂，成本高，使用和维护困难，所以实际应用比较少。

电导率法：即利用油和水的电导率差异很大的特点，将相互平行且距离固定的两块极板(或圆柱电极)，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势，然后通过电导仪测量极板间电导。该方法有许多限制条件，如测量值与流体流态有关，电导率与液体离子浓度有关等。

综上分析，现有方法均存在检测过程复杂、检测性能不稳定等不足，不能满足当前润滑油含水量实时、准确的检测需求。如何实现润滑油中水含量的快速、精准检测是润滑油污染度检测领域内急需解决的关键问题。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种检测结果准确、实时性好且可实现在线检测的润滑油中水分含量检测装置，为油液分析提供参考。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置，其特征在于，其包括：微流控芯片、空气抽送元件、信号检测单元、信号处理模块、微处理器、电源控制模块、红外光源以及上位机；所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和基板，所述微流控芯片主体上凹刻有一条首尾分别设置进液孔和废液孔的主通道，所述废液孔与空气抽送元件连通；所述主通道中间位置两侧沿垂直于主通道方向对称设置两条延伸至微流控芯片主体边缘的光纤安放通道，且在各所述光纤安放通道内分别设置一条能够传输所述红外光源所发射的光信号的光纤；同时两条光纤安放通道之间的主通道部分构成本装置的检测区域；所述信号检测单元被设置于与所述检测区域对应的微流控芯片底部，且通过信号处理模块与微处理器连接；所述微处理器与上位机通讯，并通过电源控制模块控制所述红外光源的开关。

进一步地，所述空气抽送元件选用微量注射泵；所述信号检测单元选用光电探测器；所述微处理器选用ARM微处理器。

进一步地，所述信号处理模块包括放大器、滤波器与峰值检测电路。

进一步地，所述主通道为长方形通道。

进一步地，所述两条光纤规格相同。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过光流控芯片技术实现了对光信号的生成、控制及处理，实现了光学系统结构可调化、功能的集成化和系统微型化。

2、本实用新型通过将光纤直接集成在微流体芯片上，省掉了复杂的外围光学器械，将发射光与目标的距离由原来的毫米级缩小为微米级，光线损失减少，大幅提升检测灵敏度。

3、本实用新型通过无线通信设备将检测到的信号以无线传输方式发送至上位机，可以实时、在线检测油液的含水量情况，检测稳定、可靠；在设备维护方面可采取视情维修与预防维修结合的方式，降低维护费用，使安全性显著提高。

4、本实用新型无需对待测油样进行预处理，简化检测程序，提高检测效率。

5、本实用新型采用光流控红外吸收的方法，通过观察信号衰减量得到含水量，避免化学检测方法的繁琐程序，缩短检测时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型检测装置结构示意图；

图2为本实用新型微流控芯片结构示意图；

图3为本实用新型检测结果示意图。

附图标号说明：1、微流控芯片主体，2、进液孔，3、废液孔，4、第一光纤，5、第二光纤，6、检测区域，7、微量注射泵，8、光电探测器，9、信号处理单元，10、ARM处理器，11、电源控制单元，12、红外光源，13、上位机，14、基板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

光流控技术是指将对光的产生、控制以及处理光信号的功能集成在一片芯片平台上的技术，它是以光流控学为理论基础并结合微加工技术而生成的产物。

基于上述技术背景，本实用新型设计了一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置，下面结合附图以及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案：

一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置，其特征在于，其包括：微流控芯片、空气抽送元件、信号检测单元、信号处理单元、微处理器、电源控制单元、红外光源以及上位机。

具体实施例：如图1所示，一种基于光流控技术的润滑油中水分含量的检测装置，其主要由微流控芯片，光纤和微量注射泵7、光电探测器8、信号处理单元9、ARM处理器10、电源控制单元11、红外光源12、上位机13组成。其中微流控芯片主体1和基板14结合构成的微流控芯片结构如图2所示，其中微流控芯片主体1由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制成，基板14由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃)制成。PDMS材料与PMMA材料之间具有良好的粘附性，且具有良好的化学惰性。微流控芯片主体1上设有一条用于待检测油液流动的主通道，是待测油液样品的通道；且微流控芯片主体1上还设有陈列在主通道两侧对称设置的光纤安放通道；所述主通道包括设置于所述主通道端部的用于润滑油样品投样的进液孔2和设置于所述主通道尾端的废液孔3，所述主通道为长方形通道；主通道中间位置两侧沿垂直于主通道方向对称设置两条延伸至微流控芯片主体边缘的光纤安放通道，两条光纤安放通道之间的主通道部分为检测区域。

从图2可以看出，微流控芯片上从左到右依次设置油液样品进液孔2、第一光纤安放通道和第二光纤安放通道、检测区域6、设置在主通道尾端的废液孔3。第一光纤4放置在第一光纤安放通道内，第二光纤5安放在第二光纤安放通道内，且第一光纤4与第二光纤5规格相同；微量注射泵7，与所述主通道废液孔3相通，用于保持废液孔内真空度，进而控制待测油液在主通道内的流向；光电探测器8，安放在检测区域的下部，用于接收穿过待测油液的红外光线信号；信号处理单元9，由放大器、滤波器与峰值检测电路组成(未在附图中显示)，其信号输入端与光电探测器相连；ARM处理器10连接信号处理单元和电源控制单元，同时可以通过蓝牙实现与上位机的无线通讯。电源控制单元11由ARM处理器10驱动，控制红外光源的开启与闭合。由红外光源12引出第一光纤4和第二光纤5。上位机13通过蓝牙接收ARM处理器10传送的检测信号，并进行分析、显示。

结合图1和图2说明本实用新型实施例所述一种基于光流控技术的润滑油中水分含量检测装置的工作过程：

调整微量注射泵7，使其保持恒定的速度从废液孔3中抽气，这样废液孔3内形成一定的真空度，使得待测油液能够在主通道内沿固定方向顺利流动。同时光电探测器8，处理电路模块9，ARM微处理器10，电源控制模块11，红外光源12，上位机13开启工作状态，ARM微处理器10通过电源控制模块11来控制红外光源12。

使用移液器向进液孔2处滴加适量的待测油液样品，当该油液样品流经检测区域6时，位于检测区域两侧的第一光纤4和第二光纤5发出的红外光线会穿过待测油液，被光电探测器8接收，光电探测器8将接收到的红外线信号转化成电压信号并传输给信号处理单元9，通过放大器和滤波器对接收到的电信号进行放大和减噪处理处后，传输给ARM处理器10，ARM处理器10将接收到的信号通过蓝牙传输给上位机13进行显示，如图3所示，待测油液的含水量通过电压信号的大小显示在上位机屏幕上，水分含量越大，电压信号越小。

基于上述装置进行油液水分含量的检测方法，包括如下步骤：

S1、调节微量注射泵，使其以恒定的速度从废液孔中抽气，以保证废液孔相对于微流控芯片主体的进液孔保持低压，达到预设的真空度，使得待测油液能顺利流入；

S2、开启ARM处理器、处理电路模块、光电探测器、红外光源，用移液器向进液孔处滴加适量的待测油液样品；

S3、在检测区，红外光线通过光纤近距离地照向待测油液样品，红外光线穿过油液样品被光电探测器接收，然后经过电路处理模块传送给ARM微处理器，最后经过蓝牙设备无线传输给上位机，可以通过观察上位机上电压信号的大小来判断水分含量。

本实用新型是在光流控技术结合红外吸收原理的基础上提出的一种润滑油中水分含量检测装置，该检测装置的设备比较简单，便于携带，且检测的成本低，适用于在线检测，从而达到为油液分析提供参考的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。