本發明涉及光學傳感器,還涉及潤滑油的品質檢測領域。
背景技術:
1、發動機是車輛、船舶等交通工具的核心部件,其正常運行高度依賴于潤滑油的性能。潤滑油在使用過程中會因高溫氧化、燃料稀釋、水分侵入、金屬磨屑積累等原因而逐漸劣化,導致其潤滑、冷卻、清潔等性能下降,進而加速發動機磨損,甚至引發嚴重故障。因此,及時準確地監測潤滑油狀態,并進行品質檢測,對實行“按質換油”至關重要。
2、現有技術中對于工業潤滑油的檢測常采用離線預警和在線預警,例如,中國專利文獻cn117668683a公開了“一種潤滑油極壓抗磨添加劑的衰減預測方法及預測終端”,此技術方案通過機器學習模型去學習獲取中紅外光譜與風力發電機組齒輪箱潤滑油極壓抗磨添加劑種類和含量之間的內在聯系,構建預測模型,然后通過將已使用一段時間后風力發電機組齒輪箱潤滑油的中紅外光譜輸入訓練好的機器學習模型,自動識別極壓抗磨添加劑種類和含量。該技術方案雖然同樣利用了光譜信息進行添加劑的衰減預測,但是該計數方式是作為高精度離線診斷工具,用于定期取樣、精準分析添加劑衰減狀態,缺少對實時性的考慮。若是該方法直接采用表面等離子體共振(spr)技術,由于其屬于光學傳感器,在應用于潤滑油時易受使用過程中溫度劇烈變化、機械磨損及電磁干擾的影響,從而導致品質檢測不準確。
3、目前,潤滑油的品質檢測方法主要分為離線檢測和在線檢測兩類。離線檢測(如粘度、酸值、水分、鐵含量等理化指標分析)雖然準確度高,但需專業人員在實驗室操作,流程繁瑣、耗時較長,無法實現實時監控。現有的在線檢測技術多基于介電常數法或電容法,這些方法雖然能實現實時預警,但普遍存在靈敏度不高、易受電磁干擾、難以區分劣化具體原因等局限性。
技術實現思路
1、本發明緩解了現有潤滑油品質檢測技術存在靈敏度不高、易受電磁干擾、難以區分劣化具體原因的問題。本發明提供如下方案:
2、方案一、一種用于潤滑油品質檢測的光纖傳感器,所述光纖傳感器包括光纖、包層和金屬膜,傳感區為所述光纖的中間部位,所述傳感區的光纖表面覆蓋所述金屬膜;所述傳感區以外的光纖表面覆蓋所述包層;
3、所述光纖的直徑為50μm至200μm;
4、所述傳感區的長度為5mm至20mm。
5、進一步地,在本發明的一個實施例中,所述金屬膜的厚度為30nm至70nm。
6、進一步地,在本發明的一個實施例中,所述金屬膜的材料是金、銀或銅。
7、方案二、一種用于潤滑油品質檢測的光譜分析系統,所述光譜分析系統包括寬帶光源、光纖傳感器、光譜分析儀和數據處理單元;
8、所述寬帶光源,用于向所述光纖傳感器發射光束;
9、所述光譜分析儀,用于采集所述光纖傳感器的傳感區透射出來的透射光譜;用于基于所述透射光譜,獲得spr共振波長偏移量,并發送給數據處理單元;
10、所述數據處理單元,用于基于所述spr共振波長偏移量,獲得待檢測潤滑油的品質檢測結果;
11、所述光纖傳感器為方案一所述光纖傳感器。
12、進一步地,在本發明的一個實施例中,數據處理單元中嵌入有關聯模型,所述關聯模型,用于存儲有spr共振波長偏移量和潤滑油多理化指標的對應關系,所述潤滑油多理化指標表示潤滑油的品質。
13、進一步地,在本發明的一個實施例中,所述關聯模型采用下述方法構建:
14、步驟s31,建立光纖潤滑油品質的數據庫,所述數據庫包括潤滑油多理化指標和對應的spr共振波長偏移量;
15、步驟s32,基于所述數據庫,將所述spr共振波長偏移量作為輸入,所述潤滑油多理化指標作為輸出,建立關聯模型。
16、進一步地,在本發明的一個實施例中,所述潤滑油多理化指標包括酸值、粘度、水分含量和金屬顆粒濃度。
17、進一步地,在本發明的一個實施例中,所述數據處理單元中還嵌入有失效預警模塊,
18、所述失效預警模塊,用于在所述spr共振波長偏移量超過潤滑油失效閾值時,產生失效預警信息;
19、所述潤滑油失效閾值,是基于對多組潤滑油樣本的共振波長偏移量,通過威布爾分布模型獲得。
20、方案三、一種潤滑油品質檢測方法,所述方法包括:
21、將方案一所述的光纖傳感器的傳感區浸入到待檢測的潤滑油內;
22、向光纖傳感器發射寬帶光源的光束;
23、通過光譜分析儀采集所述光纖傳感器的傳感區透射出來的透射光譜;
24、獲得所述透射光譜的spr共振波長偏移量;
25、根據所述spr共振波長偏移量,通過所述關聯模型獲得對應的潤滑油多理化指標;
26、判斷所述潤滑油多理化指標是否超過潤滑油失效閾值,如果超過,則輸出失效預警信息以及所述潤滑油多理化指標;否則,直接輸出所述潤滑油多理化指標。
27、本發明所述的用于潤滑油品質檢測的光纖傳感器、光譜分析系統和方法是基于表面等離子體共振實現的,有效緩解了現有潤滑油品質檢測技術存在靈敏度不高、易受電磁干擾、難以區分劣化具體原因的問題。具體有益效果包括:
28、1、本發明所述的用于潤滑油品質檢測的光纖傳感器,實現了在傳遞光信號的同時,還能作為等離子體共振的介質,將spr技術的高靈敏度與光纖傳感器的抗干擾、易于集成的優點相結合,開發出一種能夠實時、精準反映潤滑油綜合劣化狀態的新型傳感器,使得等離子體共振技術能夠應用于潤滑油的品質檢測技術領域中,該傳感器與光譜分析技術結合,實現了對潤滑油品質檢測的實時檢測。
29、2、本發明所述的潤滑油品質檢測方法,是一種基于表面等離子體共振spr原理的潤滑油品質檢測方法。表面等離子體共振(spr)技術是一種高靈敏度的光學傳感技術,當入射光波在金屬-電介質界面激發電子集體振蕩時,會對界面處電介質折射率的微小變化產生劇烈響應。該技術雖然已被廣泛應用于生物分子相互作用、環境污染物分析等領域,但其在工業潤滑油的應用尚屬空白。由于潤滑油在使用過程中發生氧化、添加劑消耗及污染物侵入等一系列衰變,導致其折射率等光學屬性隨之發生系統性的規則變化,而spr傳感技術對金屬-電介質界面處折射率的變化具有極高的光學敏感性,因此如何利用潤滑油在衰變過程中表面等離子體共振spr技術的光學屬性的變化,進行潤滑油的品質實現實時、高靈敏的傳感評估,代表本領域技術發展趨勢。
30、3、本發明所述的光纖傳感器,包括一套專用于潤滑油品質檢測的參數組合策略,光纖直徑為100μm;傳感區長度為10mm;金屬膜為50nm金膜。實現了抗干擾能力強,光纖傳感器不受電磁干擾,適用于惡劣環境;結構簡單、壽命長,光纖傳感器緊湊,金膜穩定耐用。本發明將spr技術的高靈敏度與光纖傳感器的抗干擾、易于集成的優點相結合,開發出一種能夠實時、精準進行潤滑油品質檢測的設備。
31、本發明適用于發動機潤滑油的實時在線品質監測領域和品質檢測領域。
1.一種用于潤滑油品質檢測的光纖傳感器,其特征在于,
2.根據權利要求1所述的光纖傳感器,其特征在于,所述金屬膜的厚度為30nm至70nm。
3.根據權利要求1所述的光纖傳感器,其特征在于,所述金屬膜的材料是金、銀或銅。
4.一種用于潤滑油品質檢測的光譜分析系統,其特征在于,所述光譜分析系統包括寬帶光源、光纖傳感器、光譜分析儀和數據處理單元;
5.根據權利要求4所述的光譜分析系統,其特征在于,數據處理單元中嵌入有關聯模型,所述關聯模型,用于存儲有spr共振波長偏移量和潤滑油多理化指標的對應關系,所述潤滑油多理化指標表示潤滑油的品質。
6.根據權利要求5所述的光譜分析系統,其特征在于,所述關聯模型采用下述方法構建:
7.根據權利要求5或6所述的光譜分析系統,其特征在于,所述潤滑油多理化指標包括酸值、粘度、水分含量和金屬顆粒濃度。
8.根據權利要求5所述的光譜分析系統,其特征在于,所述數據處理單元中還嵌入有失效預警模塊,
9.一種潤滑油品質檢測方法,其特征在于,所述方法包括: