一种润滑油中磨粒的筛选装置及方法

1.本发明涉及润滑油分析检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种润滑油中磨粒的筛选装置及方法。


背景技术：

2.磨损是船舶动力装置失效的主要原因之一，而磨粒是磨损的主要产物。磨粒的尺寸与磨损程度密切相关。因此，提取润滑油中磨粒的特征信息对于监测机械设备的运行状态和进行故障诊断具有重大意义。正常工况下机械设备也会发生磨损，产生磨粒尺寸在20微米以下，因此20微米以上的磨粒才更具有检测价值。在实际的润滑油样品中，磨粒的尺寸分布很广泛，从几微米到几百微米不等，这给润滑油液中磨粒特征信息的精确判断带来了很大难度。
3.为了克服这一困难，近年来的研究表明，将润滑油中的磨粒进行筛选再进行检测，可以实现磨粒特征信息的精确提取。然而，传统的磨粒筛选方法通常是利用特定尺寸孔径的滤网对润滑油中的磨粒进行过滤，虽然该方法操作简单、成本低，但容易导致滤网堵塞。除此之外，离心力、重力、磁泳和光镊等方法也被用来分离润滑油中的磨粒，但由于各自存在局限性，因此并未广泛应用。
4.cn109212027a公开了一种基于声表面波的润滑油中磨粒筛选装置及方法。将叉指电极与pdms通道键合到铌酸锂基底上，叉指电极通过铌酸锂基底将能量传递到pdms通道中，从而使磨粒偏转。然而，专利cn109212027a对pdms通道键合位置有着较高要求，且pdms通道不能多次使用。综上所述，有待发明一种对微通道要求低的，可重复使用的润滑油中磨粒筛选装置。


技术实现要素：

5.根据上述提出现有磨粒筛选装置对键合位置有着较高要求，且微通道不能多次使用的技术问题，而提供一种润滑油中磨粒的筛选装置及方法。本发明取消了滤网等物理结构、避免了脏堵，同时，该装置和方法集成度高、在线筛选效果好，易于实现自动化。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种润滑油中磨粒的筛选装置，包括：微通道基座和压电换能器，所述压电换能器设置于微通道基座下方，所述微通道基座上表面向下凹陷形成微通道，所述微通道包括主通道、进口通道和出口通道，所述主通道的一端连接进口通道，所述主通道的另一端连接出口通道，所述进口通道包括中间的第一进口通道和设置于第一进口通道两侧的第二进口通道，所述出口通道包括中间的第一出口通道和设置于第一出口通道两侧的第二出口通道，所述压电换能器在激励信号的作用下在主通道内产生驻波声场，所述驻波声场方向垂直于润滑油的流动方向。
8.进一步地，所述进口通道和出口通道以主通道为中心对称设置，第一进口通道两侧的第二进口通道以第一进口通道为中心对称设置，第一出口通道两侧的第二出口通道以
第一出口通道为中心对称设置。
9.进一步地，所述微通道基座的材料为硅。
10.进一步地，所述的压电换能器的型号为pz26，所述压电换能器依次连接功率放大器和信号发生器。
11.进一步地，所述微通道基座上表面上通过阳极键合方法将玻璃晶片键合到微通道基座上。
12.进一步地，所述微通道基座和压电换能器通过超声凝胶进行黏合。
13.进一步地，所述微通道基座的横截面为矩形，所述微通道基座高125微米，所述第一进口通道、第二进口通道、第一出口通道、第二出口通道的宽度为150微米，所述主通道的宽度为375微米，所述信号发生器产生2mhz的正弦波，所述功率放大器使输出信号的幅值为10-40vpp，第一出口通道中筛选的磨粒直径大于等于20微米。
14.本发明还提供了一种润滑油中磨粒的筛选方法，基于上述的润滑油中磨粒的筛选装置实现，包括如下步骤：
15.将第一进口通道与装有纯润滑油样品的注射器相连，将第二进口通道与装有待筛选的润滑油样品的注射器相连，将第一出口通道和第二出口通道分别与一个磨粒收集容器相连；
16.信号发生器的输出信号经功率放大器与压电换能器连接，调节信号发生器产生2mhz的正弦波，调节功率放大器使输出信号的幅值为10-40vpp；
17.通过注射器向微通道内注入纯润滑油样品和待筛选的润滑油样品，润滑油流经驻波声场作用范围时，磨粒受声辐射力作用而向微通道中间偏转，磨粒尺寸越大，偏移距离越大；
18.较大的磨粒流向第一出口通道从而流进磨粒收集容器，较小的磨粒流向第二出口通道从而流进磨粒收集容器，从而实现润滑油中磨粒的筛选。
19.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本发明中的润滑油磨粒筛选装置和方法可以实现润滑油中磨粒的连续在线筛选，并且便于对粒子聚焦的情况进行观察与调整，提取20微米以上的磨粒为后续磨粒特征信息的精准检测奠定基础。本发明取消了物理滤网等结构、避免了脏堵、易于集成，具有广泛的应用前景。
21.本发明将压电换能器放置在具有低声损失材质的硅通道下方，压电换能器会在激励信号的作用下在主通道内产生驻波声场，从而使磨粒偏转，该方法仅需要保证压电陶瓷位于主通道下方，控制频率大小使声波波长的一半等于主通道宽度大小从而实现磨粒的筛选。该方法对键合位置要求低，且微通道能多次使用。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
23.图1为本发明装置俯视图。
24.图2为本发明装置侧视剖面图。
25.图3为本发明磨粒筛选系统图。
26.图中：1、微通道基座；2、压电换能器；3、微通道；4、主通道；5、第一进口通道；6、第二进口通道；7、第一出口通道；8、第二出口通道；9、功率放大器；10、信号发生器；11、玻璃晶片；12、超声凝胶；13、注射器；14、磨粒收集容器。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
30.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
32.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并
且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
33.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
34.如图1-3所示，本发明提供了一种润滑油中磨粒的筛选装置，微通道基座1和压电换能器2，所述压电换能器2设置于微通道基座1下方，所述微通道基座1上表面向下凹陷形成微通道3，微通道基座1采用湿法刻蚀技术加工，，微通道基座1的材料为硅。所述微通道3包括主通道4、进口通道和出口通道，所述主通道4的一端连接进口通道，所述主通道4的另一端连接出口通道，所述进口通道包括中间的第一进口通道5和设置于第一进口通道5两侧的第二进口通道6，所述出口通道包括中间的第一出口通道7和设置于第一出口通道7两侧的第二出口通道8，所述进口通道和出口通道以主通道4为中心对称设置，第一进口通道5两侧的第二进口通道6以第一进口通道5为中心对称设置，第一出口通道7两侧的第二出口通道8以第一出口通道7为中心对称设置。所述压电换能器2在激励信号的作用下在主通道4内产生驻波声场，所述驻波声场方向垂直于润滑油的流动方向。
35.所述的压电换能器2的型号为pz26，所述压电换能器2依次连接功率放大器9和信号发生器10。所述微通道基座1上表面上通过阳极键合方法将玻璃晶片11键合到微通道基座1上。所述微通道基座1和压电换能器2通过超声凝胶12进行黏合。
36.微通道基座1采用具有低声损失性的硅制作，微通道基座1的横截面为矩形，所有部位的高度均为125微米，不同部位的宽度值不同。各部分的宽度如下：第一进口通道5、第二进口通道6、第一出口通道7、第二出口通道8的宽度为150微米，主通道4为375微米，各出口通道为150微米。最后采用阳极键合的方法将玻璃晶片11键合到微通道基座1上以覆盖微通道。
37.本发明还提供了一种润滑油中磨粒的筛选方法，包括如下步骤：
38.将润滑油磨粒筛选装置固定在显微镜的载物台上，通过物镜观察确保微通道中的筛选区域处于显微镜视场内并且无倾斜；
39.将第一进口通道5与装有纯润滑油样品的注射器13相连，将第二进口通道6与装有待筛选的润滑油样品的注射器13相连，将第一出口通道7和第二出口通道8分别与一个磨粒收集容器14相连；
40.调节信号发生器10和功率放大器9，使输入压电换能器2信号的频率和幅值符合要求；调节信号发生器10产生2mhz的正弦波，调节功率放大器9使输出信号的幅值为10-40vpp；
41.通过注射器13向微通道内注入纯润滑油样品和待筛选的润滑油样品，待筛选润滑油由第二进口通道6流入主通道4，经由第二进口通道6流入的不含磨粒润滑油挤压后，流入主通道4。第二进口通道6中待筛选的润滑油样品的流速为2ml/h，第一进口通道5中纯润滑油样品流速为12～16ml/h。
42.流经驻波场作用范围时，其中的磨粒受声辐射力作用而向主通道4的中间聚焦，不同尺寸磨粒偏移的距离不同，磨粒尺寸越大，偏移距离越大最后流向对应位置的出口，较大的磨粒流向第一出口通道7从而流进磨粒收集容器14，较小的磨粒流向第二出口通道从而流进磨粒收集容器14。从而实现了磨粒的筛选。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，包括：微通道基座(1)和压电换能器(2)，所述压电换能器(2)设置于微通道基座(1)下方，所述微通道基座(1)上表面向下凹陷形成微通道(3)，所述微通道(3)包括主通道(4)、进口通道和出口通道，所述主通道(4)的一端连接进口通道，所述主通道(4)的另一端连接出口通道，所述进口通道包括中间的第一进口通道(5)和设置于第一进口通道(5)两侧的第二进口通道(6)，所述出口通道包括中间的第一出口通道(7)和设置于第一出口通道(7)两侧的第二出口通道(8)，所述压电换能器(2)在激励信号的作用下在主通道(4)内产生驻波声场，所述驻波声场方向垂直于润滑油的流动方向。2.根据权利要求1所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述进口通道和出口通道以主通道(4)为中心对称设置，第一进口通道(5)两侧的第二进口通道(6)以第一进口通道(5)为中心对称设置，第一出口通道(7)两侧的第二出口通道(8)以第一出口通道(7)为中心对称设置。3.根据权利要求1所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述微通道基座(1)的材料为硅。4.根据权利要求1所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述的压电换能器(2)的型号为pz26，所述压电换能器(2)依次连接功率放大器(9)和信号发生器(10)。5.根据权利要求1所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述微通道基座(1)上表面上通过阳极键合方法将玻璃晶片(11)键合到微通道基座(1)上。6.根据权利要求1所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述微通道基座(1)和压电换能器(2)通过超声凝胶(12)进行黏合。7.根据权利要求4所述的润滑油中磨粒的筛选装置，其特征在于，所述微通道基座(1)的横截面为矩形，所述微通道基座(1)高125微米，所述第一进口通道(5)、第二进口通道(6)、第一出口通道(7)、第二出口通道(8)的宽度为150微米，所述主通道(4)的宽度为375微米，所述信号发生器(10)产生2mhz的正弦波，所述功率放大器(9)使输出信号的幅值为10-40vpp，第一出口通道(7)中筛选的磨粒直径大于等于20微米。8.一种润滑油中磨粒的筛选方法，基于权利要求1-7所述的润滑油中磨粒的筛选装置实现，其特征在于，包括如下步骤：将第一进口通道(5)与装有纯润滑油样品的注射器(13)相连，将第二进口通道(6)与装有待筛选的润滑油样品的注射器(13)相连，将第一出口通道(7)和第二出口通道(8)分别与一个磨粒收集容器(14)相连；信号发生器(10)的输出信号经功率放大器(9)与压电换能器(2)连接，调节信号发生器(10)产生2mhz的正弦波，调节功率放大器(9)使输出信号的幅值为10-40vpp；通过注射器(13)向微通道内注入纯润滑油样品和待筛选的润滑油样品，润滑油流经驻波声场作用范围时，磨粒受声辐射力作用而向微通道中间偏转，磨粒尺寸越大，偏移距离越大；较大的磨粒流向第一出口通道(7)从而流进磨粒收集容器(14)，较小的磨粒流向第二出口通道(8)从而流进磨粒收集容器(14)，从而实现润滑油中磨粒的筛选。

技术总结
本发明提供一种润滑油中磨粒的筛选装置及方法，涉及润滑油分析检测技术领域，包括：微通道基座和压电换能器，所述压电换能器设置于微通道基座下方，所述微通道基座上表面向下凹陷形成微通道，所述微通道包括主通道、进口通道和出口通道，所述进口通道包括中间的第一进口通道和设置于第一进口通道两侧的第二进口通道，所述出口通道包括中间的第一出口通道和设置于第一出口通道两侧的第二出口通道，所述压电换能器在激励信号的作用下在筛选通道内产生驻波声场，所述驻波声场方向垂直于润滑油的流动方向。本发明可以从润滑油中筛选出更具有检测价值的20微米以上的金属磨粒。有检测价值的20微米以上的金属磨粒。有检测价值的20微米以上的金属磨粒。


技术研发人员：刘志坚 朱帝羽 宾巍 洪昱铭
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/20