基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及润滑油分析检测技术领域，具体涉及一种基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置及方法。本发明专利技术充分利用声表面波能量密度高、容易集成等优点，又与通过软光刻技术加工特定几何形状的微流通道相结合，实现了润滑油中磨粒的在线连续分离，为磨粒精准检测奠定了基础。本分离装置和方法取消了物理滤网等结构、避免了脏堵，并且该装置和方法集成度高、在线分离效果好。

Abrasive Separation Device and Method in Lubricating Oil Based on Surface Acoustic Wave

The invention relates to the technical field of lubricating oil analysis and detection, in particular to a device and method for separating abrasive particles in lubricating oil based on surface acoustic wave. The invention makes full use of the advantages of high energy density of surface acoustic wave and easy integration, and combines with the micro-flow channel of special geometric shape processed by soft lithography technology to realize on-line continuous separation of abrasive particles in lubricating oil, thus laying a foundation for precise detection of abrasive particles. The separation device and method cancel the structure of physical filter, avoid dirty blockage, and the device and method have high integration and good on-line separation effect.

【技术实现步骤摘要】
基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置及方法
本专利技术涉及润滑油分析检测
，具体涉及一种基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置及方法。
技术介绍
磨损是船舶动力装置失效的主要原因之一，磨粒是磨损的主要产物。磨粒的尺寸与磨损程度相关，如正常磨损的磨粒尺寸一般小于20微米，而异常磨损的磨粒尺寸一般大于50微米。因此，提取润滑油中磨粒的尺寸信息有助于机械设备运行状态的监测和故障诊断。而实际的润滑油样品中，磨粒的尺寸分布很广(如从几微米至几百微米)，给磨粒尺寸的精确判断带来了较大的困难。为此，近来研究提出将润滑油中的磨粒进行分离、然后再分别进行检测，从而实现磨粒特征信息的精准提取。传统的磨粒分离方法是利用特定尺寸孔径的滤网对润滑油中磨粒进行过滤分离。该分离方法操作简单、成本低。但该方法中的滤网易堵塞，且仅能依据尺寸进行磨粒分离。利用磁场对磨粒进行分离也是一种常见的磨粒分离方法，即在润滑油流经区域布置高梯度磁场区域，润滑油中磨粒流经此区域受磁力作用而发生偏转，不同尺寸磨粒所受磁力不同，偏转量不同，最终流向不同的出口，从而实现磨粒的分离；该分离方法仅能实现铁磁性磨粒的分离，不能分离非铁磁性磨粒，如铜、铝、锡等磨粒。此外，离心力、重力、光捏等也被用来进行润滑油中磨粒的分离，但因各自存在一定的局限而并未广泛应用。
技术实现思路
为了解决上述现有技术润滑油中磨粒分离问题，本专利技术提出了一种适用性广、能够精准分离的基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置及方法，本专利技术充分利用声表面波能量密度高、容易集成等优点，同时与通过软光刻技术加工特定几何形状的微通道相结合，实现了润滑油中磨粒的在线连续分离，为磨粒精准检测奠定了基础。本分离装置和方法取消了物理滤网等结构、避免了脏堵，并且该装置和方法集成度高、在线分离效果好，从而实现磨粒特征信息的精准提取。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，包括：压电基底，在压电基底上加工聚焦型叉指电极和微流通道，所述的微流通道的主通道与叉指电极的中轴线垂直，并且微流通道的几何中心与叉指电极的焦点重合，以保证润滑油中的磨粒在流经该区域时受声辐射力最强而发生不同程度的偏移；叉指电极包括若干对弧形叉指，在外部激励信号的作用下产生沿压电基底表面传播的聚焦型声表面波，聚焦型声表面波在沿压电基底表面传播过程中，其强度在叉指电极的几何焦点处最大；以叉指电极的几何焦点为中心布置微流通道，微流通道包含两个进口通道、一个主通道和若干个出口通道，出口通道的数量根据实际分离需求设计确定；叉指电极的几何焦点位于主通道内，微流通道的两个进口通道和若干个出口通道布置于微流通道主通道的两侧并与主通道连通。进一步地，所述的压电基板的材质为铌酸锂(128°YX-LiNbO3)。进一步地，所述的微流通道采用具有良好透光性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作，通过软光刻技术加工在压电机底上，保证微流通道与压电基底牢固结合且无泄漏。进一步地，所述的微流通道采用具有良好透光性的PDMS制作，通过软光刻技术加工在压电机底上，所述的PDMS制作的微流通道在压电机底上呈“凹”型，即靠近叉指电极部分设置凹槽结构，以达到降低PDMS材料对声能量的吸收、充分利用叉指式电极上激发的声能量的目的。由上述基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置形成的分离系统，包括信号发生器、功率放大器、基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置、微量泵和显微镜；信号发生器发出的激励信号输入功率放大器，激励信号经功率放大器放大后与基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置上的叉指电极相连；微量泵用于将待分离润滑油和不含磨粒润滑油加入到微流通道入口；显微镜置于基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置处，用于观察和监控基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置中的磨粒的分离过程。进一步地，将润滑油磨粒分离装置固定在显微镜的载物台上，通过物镜观察确保微流通道中的分离区域处于显微镜视场内并且无倾斜，能够实时观测磨粒的分离过程。进一步地，所述的显微镜通过电荷藕合器件图像传感器(CCD)连接计算机，便于观察和存储。基于声表面波的润滑油中磨粒分离方法，步骤如下：(1)组装分离系统的微流通道将基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置的微流通道的两个进口分别与装有待分离的润滑油样品和不含磨粒的纯润滑油样品的微量泵连接，微流通道的出口分别连接磨粒收集容器和一个废弃润滑油收集容器连接，其中一个废弃润滑油收集容器连接到靠近叉指电极一侧的微流通道出口；(2)组装分离系统的叉指电极将信号发生器的输出信号经功率放大器与基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置的叉指电极的两极连接，调节信号发生器和功率放大器，使信号发生器发出的激励信号的频率f满足f＝v/λ,其中v表示声表面波在压电基底表面的传播速度，λ表示叉指电极间的距离；(3)分离磨粒开启微量泵，向微流通道内的两个进口注入润滑油，微量泵推动的润滑油样品和纯润滑油进入基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置的主通道内，同时，聚焦型叉指电极在激励信号的作用下产生沿压电基底表面传播的聚焦型声表面波，润滑油流经声表面波作用范围时，磨粒受声辐射力作用而发生偏移，偏移距离与磨粒的尺寸密切相关，偏移距离与磨粒的体积成正比关系，因此不同尺寸磨粒偏移的距离不同，最后流向微流通道的对应位置的出口进入不同的磨粒收集容器，而其余不含磨粒的润滑油从微流通道中靠近叉指电极的一侧出口流出进入废弃润滑油收集容器，从而实现了润滑油中磨粒的分离。进一步地，将基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置固定在显微镜的载物台上，通过显微镜的物镜观察确保微流通道中的分离区域处于显微镜视场内并且无倾斜，能够实时观测磨粒的分离过程。进一步地，所述的显微镜通过电荷藕合器件图像传感器(CCD)连接计算机，便于观察和存储。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术充分利用声表面波能量密度高、容易集成等优点，又与通过软光刻技术加工特定几何形状的微流通道相结合，实现了润滑油中磨粒的在线连续分离，为磨粒精准检测奠定了基础。本分离装置和方法取消了物理滤网等结构、避免了脏堵，并且该装置和方法集成度高、在线分离效果好。附图说明为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1中基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例1中基于声表面波的润滑油中磨粒分离系统的结构示意图；图中：1、基底；2叉指电极；3PDMS；4出口；5主通道；6声表面波作用区域；7叉指电极焦点；8进口；9、微量泵；10、信号发生器；11、功率放大器；12、显微镜；13、磨粒收集容器；14、废弃润滑油收集容器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术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专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，其特征在于，包括：压电基底，在压电基底上加工聚焦型叉指电极和微流通道，所述的微流通道的主通道与叉指电极的中轴线垂直，并且微流通道的几何中心与叉指电极的焦点重合，以保证润滑油中的磨粒在流经该区域时受声辐射力最强而发生不同程度的偏移；叉指电极包括若干对弧形叉指，在外部激励信号的作用下产生沿压电基底表面传播的聚焦型声表面波，聚焦型声表面波在沿压电基底表面传播过程中，其强度在叉指电极的几何焦点处最大；以叉指电极的几何焦点为中心布置微流通道，微流通道包含两个进口通道、一个主通道和若干个出口通道，出口通道的数量根据实际分离需求设计确定；叉指电极的几何焦点位于主通道内，微流通道的两个进口通道和若干个出口通道布置于微流通道主通道的两侧并与主通道连通。

【技术特征摘要】
1.基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，其特征在于，包括：压电基底，在压电基底上加工聚焦型叉指电极和微流通道，所述的微流通道的主通道与叉指电极的中轴线垂直，并且微流通道的几何中心与叉指电极的焦点重合，以保证润滑油中的磨粒在流经该区域时受声辐射力最强而发生不同程度的偏移；叉指电极包括若干对弧形叉指，在外部激励信号的作用下产生沿压电基底表面传播的聚焦型声表面波，聚焦型声表面波在沿压电基底表面传播过程中，其强度在叉指电极的几何焦点处最大；以叉指电极的几何焦点为中心布置微流通道，微流通道包含两个进口通道、一个主通道和若干个出口通道，出口通道的数量根据实际分离需求设计确定；叉指电极的几何焦点位于主通道内，微流通道的两个进口通道和若干个出口通道布置于微流通道主通道的两侧并与主通道连通。2.根据权利要求1所述的基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，其特征在于，所述的压电基板的材质为铌酸锂(128°YX-LiNbO3)。3.根据权利要求1所述的基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，其特征在于，所述的微流通道采用具有良好透光性PDMS制作，通过软光刻技术加工在压电机底上，保证微流通道与压电基底牢固结合且无泄漏。4.根据权利要求1所述的基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置，其特征在于，所述的微流通道采用具有良好透光性的PDMS制作，通过软光刻技术加工在压电机底上，所述的PDMS制作的微流通道在压电机底上呈“凹”型，即靠近叉指电极部分设置凹槽结构。5.由权利要求1所述的基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置形成的分离系统，其特征在于，包括信号发生器、功率放大器、基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置、微量泵和显微镜；信号发生器发出的激励信号输入功率放大器，激励信号经功率放大器放大后与基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置上的叉指电极相连；微量泵用于将待分离润滑油和不含磨粒润滑油加入到微流通道入口；显微镜置于基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置处，用于观察和监控基于声表面波的润滑油中磨粒分离装置中的磨粒的分离过程。6.根据权利要求5所述的基于声表面波的润滑油中磨粒分离系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志坚，于可真，高跃峰，宋永欣，潘新祥，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21