淺析光阻法傳感器在油污染度中的應用

曾慧敏

摘 要：總結了機械液壓油污染的來源，陳述了光阻法檢測原理，簡述光阻傳感器在檢測油中污染度的應用。

關鍵詞：污染度；光阻法；測量方法

1 引言

油是液壓系統的工作介質，液壓系統的控制信息和工作動力的傳遞都要通過油來完成，如液壓泵、各種閥等元件的工作狀況和使用壽命都與液壓油的性能密切相關，液壓技術在工程上的廣泛應用與發展使油液污染度監測技術日益重要。對液壓系統而言，70%的故障是由于油液及其污染造成的，而固體顆粒污染物引起的液壓系統故障又占總污染磨損故障的60%～70%，油液污染是液壓系統失效的最重要原因。液壓油污染的主要來源有：機械內部的摩擦副在工作中磨損產生磨損顆粒；油液在使用過程中，隨著其功能下降而產生的膠結、油泥、工作環境的雜質入侵。

通過對液壓系統污染度的檢測分析來對運行中液壓系統中污染度情況的正確分析，及時判斷機械零件的工作狀況，不僅可以提高液壓系統的可靠性和使用壽命，還可以降低事故發生頻率，對液壓設備維護有重要意義[1]。近年來，各行各業對機械磨損研究分析，提出多種故障監測的方法，其中重要的一項就是污染度監測方法的實現。光測法是一種半定量測定油液污染度的方法，能夠在現場對所用油液的污染進行綜合評判，具有測定迅速、操作簡單、攜帶方便等優點，因此比較適合于現場油液的污染管理[2]。

2 測量原理

油中混入顆粒后成為非均勻介質，這些顆粒受到光照時對光線產生散射和吸收，所以當光線透過介質時，沿原傳播方向的投射光強度將減弱，我們稱之為消光。顆粒對光的消光強度分布與顆粒的大小、顆粒相對周圍介質的折射率有關，光阻法測量油液污染度就是利用這一特性來測量污染度的大小的[3]。

如圖1測量過程中，我們使被測試樣以合適的流速流過橫斷面很小的通道，通道兩側裝有光學玻璃窗口，恒定光源的細小光束穿過該窗口并被另一側的光電元件所接受，細小光束與通道截面即構成了儀器的測量區或敏感區。若流過測量區的液體中沒有顆粒，則光電元件給出的光信號保持為不變；反之，當有一顆粒流過測量區，將會對光束產生“遮擋”作用，使光電元件所接受到的信號減小并給出一個脈沖，脈沖信號的幅值顯然與顆粒的粒徑相關，從而為粒徑測量提供了一個尺度。

由Mie光散射理論，當顆粒大于約2μm后，下式中的消光系數Ke接近于一定值（Ke=2），而與粒徑和折射率無關。

3 測量裝置

光阻法測量油液顆粒污染度的實驗裝置主要由半導體激光器、透鏡、測量探頭，CCD光敏元件，A/D驅動，計算機等組成。測量過程如圖2：恒定光源半導體激光器發出激光束，經凸透鏡擴散成平行光束通過油樣的測量探頭，在測量室的另一端，利用另一個凸透鏡將接收光譜聚焦，由于顆粒的消光作用，CCD光敏元件收到聚焦后的光后，產生一脈沖電流經A/D轉換到計算機進行計算分析。

油液中的固體顆粒是造成透射光衰減的主要原因。在以上的敘述中，均是假設測顆粒在流經測試區域時是相互獨立的，當測量量區域中出現顆粒的重疊將直接影響測量結果的準確性，為了避免這種情況的發生，實驗中必須要保證被測顆粒均勻流過測量區，并且每一測量時刻僅有單顆粒流過測量區，因此在測量過程中探頭兩端要存在壓差以保障油液保持一定流速的同時還要使同一測量時刻僅有一個顆粒流經測量區。

考慮到污染油液對光強的衰減，為提高測量的靈敏度，增大測量范圍，光源采用半導體激光器，它能保證提供長期穩定的單色光源，且壽命長。光電轉換器采用CCD光敏元件，通過調整積分時間的大小能很好地與激光光源相匹配，使其工作在線性范圍內，提高系統的測量準確度。

4 檢測系統影響因素

利用光阻法測量油液污染度具有可靠的理論依據，用它來檢測油液污染度是可行的。另外，利用此方法測定油液污染度具有測量迅速、不干擾被測對象的狀態、可以實現非接觸測量、方便現場油液管理人員的使用等優點[4]。

運行中的潤滑系統中常會因各種原因使油中混入水分、纖維，高速運轉設備中的油樣存在大量氣泡等現象，以上在檢測過程中均對測量結果產生影響，工業現場還會受到環境因素影響，因此，為了減少機械振動、油中氣體、水分等對檢測系統的影響，污染度檢測建議離線進行，對檢測油樣進行除水，除氣泡后再進行測量。

參考文獻

[1]馬飛，張衛鋼，高莉莉.油污光測法及其影響因素[J].機床與液壓，1998（3）.

[2]鄧樂，宋琦.監測油液污染狀況的光測法[J].煤，1996（1）.

[3]溫煥曉，付敬業.宇航檢測技術.1000-7202-（2002）06-0038-04.

[4]鄧樂，衛富堂.用光透消光測定油液污染度的若干影響因素分析[J].焦作工學院學報，1997（4）.