專利名稱：三維油液污染度檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本設(shè)計發(fā)明屬于一種檢測電路，主要涉及各種油液中顆粒計數(shù)的光電轉(zhuǎn)換電路及
計數(shù)輸出電路。
背景技術(shù)：
油液是液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，液壓系統(tǒng)的控制信息和工作動力的傳遞都要通過油液來完成，如液壓泵、液壓馬達(dá)、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(guān)。近年來，為實時監(jiān)控油液以保證液壓系統(tǒng)安全工作，很多研究部門依據(jù)油液中的固體顆粒是造成透射光衰減的這一因素設(shè)計了多種對油液中污染物固體顆粒的測試方法。但目前的測試電路多采用先將檢測信號放大，然后由軟件處理測試監(jiān)控信號根據(jù)國際液壓油污染度等級代碼與顆粒濃度的對應(yīng)表對數(shù)據(jù)進行處理，顯示液壓油的等級。目前市場上現(xiàn)有的光阻法顆粒度儀都是單個光道測量的，如果測量區(qū)域中顆粒分布不均勻或者出現(xiàn)顆粒的重疊將直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了避免這種情況的發(fā)生，我們采用三個光學(xué)通道來對油液進行檢測并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到穩(wěn)定真實的結(jié)果。本發(fā)明電路是依據(jù)硬件設(shè)計直接對檢測信號分類處理。簡化軟件的處理，提高測試精確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種油液污染度檢測光電轉(zhuǎn)換電路，使其具有光路設(shè)計簡單，測量范圍廣、操作簡單和測量精度高等特點。 本發(fā)明是利用光阻法來測量油液顆粒污染度。其原理如下 當(dāng)半導(dǎo)體激光二極管發(fā)出的光束經(jīng)過凸透鏡折射后變?yōu)槠叫泄馐叫泄馔ㄟ^截面積為A的光學(xué)玻璃窗口，照射到光電接收管上，當(dāng)被測油液中沒有顆粒時，電路輸出的為一固定電壓E，當(dāng)油液中有投影面積為a的顆粒通過測試通光孔，阻擋了平行光束，使透射光衰減，此時輸出幅度為E。的脈沖，E。 = (a/A) E ;
若顆粒為球形，或可等效為直徑為d的球形，則
E。 = (Ji d2E) / (4A) 即顆粒的投影面積和脈沖電壓幅值呈線性關(guān)系。由此可根據(jù)脈沖幅度來判斷顆粒的尺寸。傳感器的電壓信號傳輸?shù)侥M比較器，與各通道預(yù)先設(shè)置好的閾值電壓相比較，比較后的輸出信號接后面的計數(shù)器電路，用計數(shù)器來計數(shù)脈沖(顆粒)的個數(shù)。計數(shù)器設(shè)有6個比較器電路(或通道)。各通道閾值電壓的設(shè)定值跟通道的顆粒大小成線性關(guān)系，可以通過設(shè)置分壓電阻和輕松的設(shè)置該閾值電壓。當(dāng)單個通道的電壓幅值大于閾值電壓時，比較器輸出高電平，二極管導(dǎo)通，該通道的計數(shù)器計數(shù)。通過對每個通道大于該通道閾值電壓的脈沖數(shù)進行統(tǒng)計便可知道各種尺寸范圍的顆粒數(shù)。但是當(dāng)顆粒以不同的姿態(tài)流經(jīng)感光面時，對光的"遮擋"效果也不一樣，如果用三個對管來測試這個顆粒，取最大的投影來反映顆粒的大小，比用一個單管來測試時的準(zhǔn)確率要高的多。這樣就能真實的反映顆粒的實際大小。本設(shè)計的設(shè)計原理圖如圖1所示。
本發(fā)明電路光電轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換電路主要包括半導(dǎo)體激光發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光接收二極管，發(fā)光和接收二極管的靈敏度要達(dá)到指標(biāo)的要求。在發(fā)光管和接收管之間要加一個凸透鏡和一個平面透鏡。凸透鏡用來將發(fā)光管發(fā)出的光線平行的照射在接收管上。 本發(fā)明電路光電轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，Al、 A2為運算放大器0P27， Tl為半導(dǎo)體激光二極管，T2為光接收管。T1正極通過電阻R3與+14V直流電源相接，負(fù)極直接接地。光接收管三極管T2集電極與運算放大器A1的輸入端2相連，發(fā)射極與運算放大器A1的輸入端3相連。電阻Rl兩端分別與運算放大器Al的輸入端2和輸出端6相連，電阻R4接通運算放大器Al的輸出端6和運算放大器A2的輸入端3。電阻R2 —端與電路的公共地相連，一端與運算放大器A2的輸入端2相連，電容Cl與電位器R5并聯(lián)后分別與運算放大器A2的輸入端2和輸出端6相連，電阻R6連接運算放大器A2的輸出端6和三極管T3的基極，三極管T3的集電極接+14V的直流電源，發(fā)射極為信號的輸入到通道中。
當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光信號，經(jīng)凸透鏡折射后變?yōu)槠叫泄馐?，穿過測試油通道后照射再光敏電阻T2上，光電管T2導(dǎo)通，流經(jīng)T2的電流信號經(jīng)過運算放大器A1的I-V轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)過由A2的放大，最終經(jīng)過T3的電平轉(zhuǎn)換，變成被處理信號。電路中，為了 Cl作為密勒補償，主要用于消除相差。 信號處理電路的電路圖如圖4所示(僅以一個通道來說明) 在處理電路中，處理電路分為兩路，各自有不同的作用。下邊的一路作為閾值調(diào)整
電路，根據(jù)輸入的直流信號，進行一定的變換處理，輸出六路直流電平(僅畫出三路)，作為
整個電路輸出的六個信道中的運算放大器的比較電壓。上邊的一路是整個電路的主要部
分，輸入為交流信號。經(jīng)過運算放大器A3的限幅和隔離后，將電信號送到六個輸出的通道
中，各個通道都有不同的閾值電壓，此閾值電壓由下邊直流通路提供。經(jīng)過比較后，輸出脈
沖方波到每個通道對應(yīng)的計數(shù)器，輸出檢測結(jié)果。在圖3中，Ul為傳感器輸出的信號的交
流信號隔離放大器，U2為傳感器輸出的信號的直流信號隔離放大器，U4為交流信號的限幅
單元，U5、U6、U7為比較器電路(為6個通道中的3個)。其閾值的設(shè)定值通過下部分的直
流電平在滑動變阻器上的分壓所得，閾值可通過對滑動變阻器阻值的調(diào)整來設(shè)定。 理論上，顆粒越大，信號電壓也越大，當(dāng)顆粒隨著油液流離開窗口時，信號就消失。
所以根據(jù)脈沖的個數(shù)可以確定油中所含顆粒的數(shù)量，根據(jù)脈沖的電平可以確定顆粒的大小。 本發(fā)明的目的可采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)其包括光電信號轉(zhuǎn)換電路和電信號分類處理電路兩部分(僅以一組對管來進行說明)。 所述的光電轉(zhuǎn)換器為光敏元件，通過調(diào)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(nèi)，提高系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度。


附圖1是本發(fā)明的原理圖。
從圖1中可以看出本發(fā)明包括四個主要的組成單元，它們是光電轉(zhuǎn)換電路、放大
電路、信號比較脈沖輸出電路和計數(shù)器電路。
附圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中從左到油依次為半導(dǎo)體激光器、透鏡、測量探頭、光玻璃窗口、顆粒、I-V轉(zhuǎn)換器件。
附圖3是本發(fā)明的信號采集及放大電路。
圖中放大器A1的功能是將光電管產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，放大器A2的功能是將Al轉(zhuǎn)換的微弱的電壓信號進行放大，以便后續(xù)電路的處理。
附圖4是本發(fā)明的信號分析處理電路。 圖中U1為交流信號的放大通道，U2為直流信號的放大取樣通道，通過Ul的交流信號經(jīng)過放大后流經(jīng)后面的閾值比較器，比較器的閾值設(shè)置由U2放大器的輸出信號經(jīng)過滑動變阻器分壓得到。各個粒徑的顆粒對應(yīng)不同的閾值，通過設(shè)置各路的滑動變阻器的介入阻值就可以很輕松的將電壓閾值設(shè)定到與各個粒徑相對應(yīng)的典型值上。U3為交流信號輸出的上限副電路，為了防止對干擾信號的放大，設(shè)此限幅電路可以改善電路的測量精度，減小誤差。，U5、U6、U7為比較器電路(為6個通道中的3個)。其閾值的設(shè)定值通過下部分的直流電平在滑動變阻器上的分壓所得，閾值可通過對滑動變阻器阻值的調(diào)整來設(shè)定。
具體實施例方式
結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的具體實施例。 如附圖2所示本發(fā)明包括殼體、半導(dǎo)體激光器、測量探頭、光電轉(zhuǎn)換電路、I-V轉(zhuǎn)換電路、比較電路和計數(shù)器計數(shù)電路。在殼體內(nèi)設(shè)置有測量探頭，測量探頭兩側(cè)壁設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口。在測量探頭與半導(dǎo)體激光器之間設(shè)置一組透鏡，測量探頭右側(cè)壁設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口相對應(yīng)一側(cè)設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換器，本實施例的透鏡的數(shù)量為三個，相對設(shè)置在測量
探頭左側(cè)。本實施例的光電轉(zhuǎn)換器采用光敏元件，光敏元件通過i-v轉(zhuǎn)換電路與比較電路
和計數(shù)器計數(shù)電路連接。 如附圖2所示半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光束經(jīng)凸透鏡折射成平行光束，通過被測試樣的測量探頭左側(cè)壁的光學(xué)玻璃窗口 ，我們讓油液流過橫斷面很小的通道，通道左側(cè)壁裝有光學(xué)玻璃窗口 ，平行光照射到測量探頭中油液通道，經(jīng)測量探頭右側(cè)壁光學(xué)玻璃窗口 ，由油液通道顆粒的消光作用后的光束，經(jīng)光敏元件組成的光電轉(zhuǎn)換器，通過六路比較器電路后產(chǎn)生六路脈沖信號經(jīng)計數(shù)器計數(shù)電路計數(shù)后輸出脈沖個數(shù)。
權(quán)利要求
一種三維油液污染度檢測儀，其包括殼體、半導(dǎo)體激光器、測量探頭、光電轉(zhuǎn)換電路以信號處理電路。其特征是在殼體內(nèi)設(shè)置有測量探頭，在測量探頭與半導(dǎo)體激光器之間設(shè)置一組透鏡，測量探頭右側(cè)壁設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口相對應(yīng)一側(cè)設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器輸出的信號處理電路進行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維油液污染度檢測儀，其特征是測量探頭兩側(cè)壁設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維油液污染度檢測儀，其特征是所述的光電轉(zhuǎn)換器為光敏元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維油液污染度檢測儀，其特征是透鏡數(shù)量為三個，相對設(shè)置在測量探頭左側(cè)和半導(dǎo)體激光器之間。
全文摘要
本設(shè)計發(fā)明涉及一種及多種油液中顆粒計數(shù)的油液污染度檢測儀。該檢測儀基于光電原理，在被檢測的油液經(jīng)由透明薄板之間的間隙通過，發(fā)光二極管的光經(jīng)凸透鏡后為平行光束，平行光束通過通油的透明薄板后照射到接受二極管的接收頭上，此時在接收二極管的兩端就會產(chǎn)生電流信號。信號電平與顆粒大小成正比，所以根據(jù)脈沖的個數(shù)可以確定油液中所含顆粒的數(shù)量，根據(jù)脈沖的電平可以確定顆粒的大小。此電平信號經(jīng)過處理電路的檢測分類之后，可以判斷油質(zhì)的污染程度。本發(fā)明測量精度高，穩(wěn)定性高，使用方便。
文檔編號G01N15/14GK101750273SQ20081018059
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者孫君起, 張金偉, 鄧可 申請人:北京航峰科偉裝備技術(shù)有限公司