基于ccd多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于CCD的多元素油液分析系統(tǒng)，屬于光電檢測儀器，用以解決現(xiàn)有儀器體積大、成本高、檢測環(huán)境適應(yīng)性差、操作冗雜和維護(hù)不方便等問題，包括電源模塊、光譜激發(fā)模塊、多色儀模塊、電路控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和外部固件模塊；電源模塊位于系統(tǒng)的底層，由電源接口、激發(fā)電路模塊和電池組成；光譜激發(fā)模塊位于系統(tǒng)上層的后半部分，由激發(fā)裝置和光纖組成；多色儀模塊位于系統(tǒng)上層的前半部分；數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌于系統(tǒng)的上表面，由主機(jī)、可觸摸顯示屏和打印機(jī)組成；系統(tǒng)結(jié)合PWM與二級升壓等技術(shù)實現(xiàn)對激發(fā)強(qiáng)度及頻率的調(diào)節(jié)，在電路控制模塊的控制下，光譜信號由面陣CCD轉(zhuǎn)換成電信號處理，利用相應(yīng)的成分濃度檢測算法將各個波長對應(yīng)的痕量元素成分顯示出來。
【專利說明】
基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電檢測儀器領(lǐng)域，尤其是光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及是多元素油液成分分析設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少機(jī)械設(shè)備的磨擦損耗，提升設(shè)備的使用安全與使用壽命，油液被廣泛的用于機(jī)械設(shè)備的潤滑保護(hù)，但隨著使用時間的增加或機(jī)械本身設(shè)計安裝上的微小失配等缺陷，機(jī)械設(shè)備的運轉(zhuǎn)過程中仍然會產(chǎn)生少量不同程度的磨損。這些磨損將在設(shè)備的潤滑系統(tǒng)中產(chǎn)生金屬或非金屬的磨粒，在油液的重復(fù)使用過程中會影響油液的潤滑效果，更嚴(yán)重的將會導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的事故甚至徹底的損壞，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此潤滑油液中多元素磨粒的常規(guī)成分檢測具有重要意義，這種常規(guī)、精確的檢測不僅可以對機(jī)械設(shè)備的健康狀況進(jìn)行常規(guī)的監(jiān)測，還可以在設(shè)備磨損故障發(fā)生前進(jìn)行有效的預(yù)警，有效地保障了設(shè)備的正常工作，避免事故的發(fā)生。
[0003]機(jī)械設(shè)備中的磨損成分基本為金屬元素磨粒，一般采用原子發(fā)射光譜測量的技術(shù)對油液中的多元素痕量成分進(jìn)行分析。不同痕量元素在激勵源的激發(fā)下產(chǎn)生對應(yīng)的特征原子發(fā)射光譜，通過檢測其光譜強(qiáng)度來定性、定量地分析成分的含量。目前基于原子發(fā)射光譜檢測技術(shù)的油液分析設(shè)備具有多種不同的激發(fā)方式，包括火焰發(fā)射等離子體、電感耦合等離子體、交流電弧、低壓火花等。目前國外針對油液中金屬磨粒的原子發(fā)射光譜檢測設(shè)備主要采用的是基于旋轉(zhuǎn)圓盤電極法的交流電弧激發(fā)裝置，設(shè)備的準(zhǔn)確性與再現(xiàn)性都較好，但是設(shè)備的體積較大、且其光學(xué)系統(tǒng)中的光電探測器為光電倍增管，對實驗室的環(huán)境條件要求苛刻，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較差。同時光學(xué)系統(tǒng)中存在較多的機(jī)械活動部件，對于精密裝置而言，溫度濕度的變化都會對系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大的影響。因此該類儀器在工作前要保證2小時以上的預(yù)熱時間，且在每次測量前都需要進(jìn)行較長時間的機(jī)械對準(zhǔn)過程，這些操作都極大地影響了設(shè)備在惡劣環(huán)境的使用，同時對操作人員的維護(hù)和操作都帶來了麻煩。光電倍增管具有靈敏度高，動態(tài)范圍大的優(yōu)點，但是其價格高且需要高壓驅(qū)動，通常一個探測器只能探測一個波長，若要監(jiān)測多個波長，則需要對分光系統(tǒng)或分光系統(tǒng)中的某些重要部件進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動，這樣就會造成檢測時間長，光譜儀準(zhǔn)確性低和一致性差的缺點。油液痕量成分檢測要求監(jiān)測的實時性高，從而此類設(shè)備不能滿足要求。采用多通道光電倍增管同時檢測的技術(shù)雖然可以解決這個問題，但是一個通道需要一個光電倍增管，不僅大大提高了設(shè)備的成本，也極大地增大了系統(tǒng)的體積。同時，由于采用多個光電倍增管，在每次開機(jī)前需要對狹縫及光電倍增管的位置進(jìn)行修正，給操作與維護(hù)帶來了很大的麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供基于CCD的多元素油液分析系統(tǒng)，體積小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、激發(fā)光譜穩(wěn)定、操作與維護(hù)簡單。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，包括電源模塊、光譜激發(fā)模塊、多色儀模塊、電路控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和外部固件模塊;所述的電源模塊位于系統(tǒng)的底層，由電源接口、激發(fā)電路模塊和電池組成;所述的光譜激發(fā)模塊位于系統(tǒng)上層的后半部分，由激發(fā)裝置和光纖組成;所述的多色儀模塊位于系統(tǒng)上層的前半部分；所述的電路控制模塊分為第一電路控制模塊和第二電路控制模塊，第一電路控制模塊位于系統(tǒng)的下層，第二電路控制模塊位于系統(tǒng)上層的前半部分;所述的數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌于系統(tǒng)的上表面，由主機(jī)、可觸摸顯示屏和打印機(jī)組成。
[0006]所述的電源模塊采取220V市電直接供電和電池供電兩種方式。
[0007]所述的激發(fā)電路模塊為恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊。
[0008]所述的多色儀模塊采用折疊交叉的非對稱切尼爾-特納結(jié)構(gòu)，其光電探測器為面陣C⑶探測器。
[0009]系統(tǒng)底部裝有四個定向輪，兩側(cè)裝有提手。
[0010]系統(tǒng)的分析測試流程:可觸摸顯示屏上操作開始，選擇相應(yīng)的供電方式，激發(fā)電路模塊為激發(fā)油液試樣提供足夠的能量，多色儀模塊實時進(jìn)行光譜采集，可觸摸顯示屏上實時顯示光譜圖，調(diào)節(jié)激發(fā)電路模塊的激發(fā)頻率，得到合適的光譜圖，數(shù)據(jù)分析模塊將采集到的光譜信號進(jìn)行處理。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
[0012]1.設(shè)計電源模塊中的激發(fā)電路模塊為恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊，一定程度上減小系統(tǒng)的體積且增強(qiáng)激發(fā)電源的穩(wěn)定性，適應(yīng)不同的工作環(huán)境;結(jié)合PWM與二級升壓等技術(shù)實現(xiàn)對激發(fā)強(qiáng)度及頻率的調(diào)節(jié)，能滿足實際樣品的不同的激發(fā)需求。
[0013]2.設(shè)計220V市電直接供電和電池供電兩種方式，一定程度上減少了對實驗室的依賴性。
[0014]2.設(shè)計多色儀模塊中的光電探測器為面陣CXD探測器，與采用光電倍增管相比，降低了設(shè)備的成本，也減小了系統(tǒng)的體積，同時使多色儀模塊中不存在活動部件，不需要經(jīng)常對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，操作簡單，耗時短，維修方便。
[0015]3.設(shè)計內(nèi)嵌于系統(tǒng)的上表面的數(shù)據(jù)分析模塊，使系統(tǒng)整體更加緊湊，便于戶外進(jìn)行測試。
[0016]4.設(shè)計系統(tǒng)底部裝有四個定向輪，兩側(cè)裝有提手的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)方便運輸。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)立體圖
[0018]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正視圖
[0019]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)右視圖
[0020]主要符號說明如下:
[0021]1-電源模塊;2-光譜激發(fā)模塊;3-多色儀模塊;4-第一電路控制模塊;5-第二電路控制模塊;6-可觸摸顯不屏;7-打印機(jī);8-定向輪;9-提手
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在結(jié)合圖1-3對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]基于CCD的多元素油液分析系統(tǒng)，包括電源模塊1、光譜激發(fā)模塊2、多色儀模塊3、電路控制模塊4、數(shù)據(jù)分析模塊和外部固件模塊;所述的電源模塊I位于系統(tǒng)的底層，由電源接口、激發(fā)電路模塊和電池組成，采取220V市電直接供電和電池供電兩種方式，激發(fā)電路模塊為恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊，結(jié)合PWM與二級升壓等技術(shù)實現(xiàn)對激發(fā)強(qiáng)度及頻率的調(diào)節(jié)，所述的電池電壓為48伏，額定輸出為20安時;所述的光譜激發(fā)模塊2位于系統(tǒng)上層的后半部分，由激發(fā)裝置和光纖組成，激發(fā)裝置采取旋轉(zhuǎn)圓盤電極結(jié)構(gòu)，兩種電極采用光譜純的石墨材料，利用步進(jìn)電機(jī)帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，將附著在圓盤電極上的待測油液帶至棒電極正下方的分析間隙，光纖為Y型的紫外波段特種石英光纖;所述的多色儀模塊3位于系統(tǒng)上層的前半部分，采用折疊交叉的非對稱切尼爾-特納結(jié)構(gòu)，由面陣CCD、衍射光柵、準(zhǔn)直鏡、聚焦鏡、入射狹縫等組成，經(jīng)光纖采集到的光信號經(jīng)入射狹縫限束后，經(jīng)凹面準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后反射到衍射光柵表面上，衍射光柵通過色散將待測光按波長的不同在空間分離開來，并投射到凹面聚焦鏡的表面上，聚焦鏡將不同色散光譜聚焦反射至面陣CCD后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出；所述的電路控制模塊4分為第一電路控制模塊5和第二電路控制模塊6，第一電路控制模塊5位于系統(tǒng)的下層，為恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊提供觸發(fā)信號，同時為多色儀模塊提供穩(wěn)定的工作電壓和電極所需的驅(qū)動電壓，第二電路控制模塊6位于系統(tǒng)上層的前半部分，為多色儀模塊內(nèi)的面陣CCD提供精確的控制時序，所述的數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌于系統(tǒng)的上表面，由主機(jī)、可觸摸顯示屏6和打印機(jī)7組成，用戶通過可觸摸顯示屏進(jìn)行相應(yīng)操作，也可通過打印機(jī)對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行打印;所述的外部固件模塊由定向輪8和提手9組成。
[0024]本系統(tǒng)的分析測試流程:操作者通過可觸摸顯示屏6，選擇相應(yīng)的供電方式，在第一電路控制模塊5的控制下，石墨盤電極進(jìn)行一定速度的轉(zhuǎn)動，將附著在圓盤電極上的部分待測油液帶至分析間隙，點擊觸發(fā)控制器按鈕，使得恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊在分析間隙內(nèi)產(chǎn)生電弧對油液進(jìn)行激發(fā)，激發(fā)達(dá)到一定程度時，即產(chǎn)生分析所需的原子發(fā)射光譜，激發(fā)出的原子發(fā)射光譜經(jīng)透鏡聚焦，最后由紫外波段石英光纖傳輸至基于面陣CCD的多色儀模塊3，經(jīng)多色儀模塊3分光后，在第二電路控制模塊6的控制下，CCD將不同波長的原子發(fā)射光譜信號轉(zhuǎn)換成電信號后傳送至數(shù)據(jù)分析模塊的主機(jī)，利用相應(yīng)的成分濃度檢測算法，將各個波長對應(yīng)的痕量元素成分在可觸摸顯示屏上顯示出來。
【主權(quán)項】
1.基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，包括電源模塊、光譜激發(fā)模塊、多色儀模塊、電路控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和外部固件模塊;其特征在于，所述的電源模塊位于系統(tǒng)的底層，由電源接口、激發(fā)電路模塊和電池組成;所述的光譜激發(fā)模塊位于系統(tǒng)上層的后半部分，由激發(fā)裝置和光纖組成;所述的多色儀模塊位于系統(tǒng)上層的前半部分;所述的電路控制模塊分為第一電路控制模塊和第二電路控制模塊，第一電路控制模塊位于系統(tǒng)的下層，第二電路控制模塊位于系統(tǒng)上層的前半部分;所述的數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌于系統(tǒng)的上表面，由主機(jī)、可觸摸顯示屏和打印機(jī)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源模塊采取220V市電直接供電和電池供電兩種方式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的激發(fā)電路模塊為恒壓變頻直流電弧激發(fā)電路模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的多色儀模塊采用折疊交叉的非對稱切尼爾-特納結(jié)構(gòu)，其光電探測器為面陣CCD探測器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)底部裝有四個定向輪，兩側(cè)裝有提手。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CCD多色儀的多元素油液分析系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)的分析測試流程:可觸摸顯示屏上操作開始，選擇相應(yīng)的供電方式，激發(fā)電路模塊為激發(fā)油液試樣提供足夠的能量，多色儀模塊實時進(jìn)行光譜采集，可觸摸顯示屏上實時顯示光譜圖，調(diào)節(jié)激發(fā)電路模塊的激發(fā)頻率，得到合適的光譜圖，數(shù)據(jù)分析模塊將采集到的光譜信號進(jìn)行處理。
【文檔編號】G01N21/63GK105938097SQ201610231847
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】史霽翔
【申請人】成都以太航空保障工程技術(shù)有限責(zé)任公司