浅析光阻法传感器在油污染度中的应用

摘 要：总结了机械液压油污染的来源，陈述了光阻法检测原理，简述光阻传感器在检测油中污染度的应用。

关键词：污染度；光阻法；测量方法

1 引言

油是液压系统的工作介质，液压系统的控制信息和工作动力的传递都要通过油来完成，如液压泵、各种阀等元件的工作状况和使用寿命都与液压油的性能密切相关，液压技术在工程上的广泛应用与发展使油液污染度监测技术日益重要。对液压系统而言，70%的故障是由于油液及其污染造成的，而固体颗粒污染物引起的液压系统故障又占总污染磨损故障的60%～70%，油液污染是液压系统失效的最重要原因。液压油污染的主要来源有：机械内部的摩擦副在工作中磨损产生磨损颗粒；油液在使用过程中，随着其功能下降而产生的胶结、油泥、工作环境的杂质入侵。

通过对液压系统污染度的检测分析来对运行中液压系统中污染度情况的正确分析，及时判断机械零件的工作状况，不仅可以提高液压系统的可靠性和使用寿命，还可以降低事故发生频率，对液压设备维护有重要意义[1]。近年来，各行各业对机械磨损研究分析，提出多种故障监测的方法，其中重要的一项就是污染度监测方法的实现。光测法是一种半定量测定油液污染度的方法，能够在现场对所用油液的污染进行综合评判，具有测定迅速、操作简单、携带方便等优点，因此比较适合于现场油液的污染管理[2]。

2 测量原理

油中混入颗粒后成为非均匀介质，这些颗粒受到光照时对光线产生散射和吸收，所以当光线透过介质时，沿原传播方向的投射光强度将减弱，我们称之为消光。颗粒对光的消光强度分布与颗粒的大小、颗粒相对周围介质的折射率有关，光阻法测量油液污染度就是利用这一特性来测量污染度的大小的[3]。

如图1测量过程中，我们使被测试样以合适的流速流过横断面很小的通道，通道两侧装有光学玻璃窗口，恒定光源的细小光束穿过该窗口并被另一侧的光电元件所接受，细小光束与通道截面即构成了仪器的测量区或敏感区。若流过测量区的液体中没有颗粒，则光电元件给出的光信号保持为不变；反之，当有一颗粒流过测量区，将会对光束产生“遮挡”作用，使光电元件所接受到的信号减小并给出一个脉冲，脉冲信号的幅值显然与颗粒的粒径相关，从而为粒径测量提供了一个尺度。

由Mie光散射理论，当颗粒大于约2μm后，下式中的消光系数Ke接近于一定值（Ke=2），而与粒径和折射率无关。

3 测量装置

光阻法测量油液颗粒污染度的实验装置主要由半导体激光器、透镜、测量探头，CCD光敏元件，A/D驱动，计算机等组成。测量过程如图2：恒定光源半导体激光器发出激光束，经凸透镜扩散成平行光束通过油样的测量探头，在测量室的另一端，利用另一个凸透镜将接收光谱聚焦，由于颗粒的消光作用，CCD光敏元件收到聚焦后的光后，产生一脉冲电流经A/D转换到计算机进行计算分析。

油液中的固体颗粒是造成透射光衰减的主要原因。在以上的叙述中，均是假设测颗粒在流经测试区域时是相互独立的，当测量量区域中出现颗粒的重叠将直接影响测量结果的准确性，为了避免这种情况的发生，实验中必须要保证被测颗粒均匀流过测量区，并且每一测量时刻仅有单颗粒流过测量区，因此在测量过程中探头两端要存在压差以保障油液保持一定流速的同时还要使同一测量时刻仅有一个颗粒流经测量区。

考虑到污染油液对光强的衰减，为提高测量的灵敏度，增大测量范围，光源采用半导体激光器，它能保证提供长期稳定的单色光源，且寿命长。光电转换器采用CCD光敏元件，通过调整积分时间的大小能很好地与激光光源相匹配，使其工作在线性范围内，提高系统的测量准确度。

4 检测系统影响因素

利用光阻法测量油液污染度具有可靠的理论依据，用它来检测油液污染度是可行的。另外，利用此方法测定油液污染度具有测量迅速、不干扰被测对象的状态、可以实现非接触测量、方便现场油液管理人员的使用等优点[4]。

运行中的润滑系统中常会因各种原因使油中混入水分、纤维，高速运转设备中的油样存在大量气泡等现象，以上在检測过程中均对测量结果产生影响，工业现场还会受到环境因素影响，因此，为了减少机械振动、油中气体、水分等对检测系统的影响，污染度检测建议离线进行，对检测油样进行除水，除气泡后再进行测量。

参考文献

[1]马飞，张卫钢，高莉莉.油污光测法及其影响因素[J].机床与液压，1998（3）.

[2]邓乐，宋琦.监测油液污染状况的光测法[J].煤，1996（1）.

[3]温焕晓，付敬业.宇航检测技术.1000-7202-（2002）06-0038-04.

[4]邓乐，卫富堂.用光透消光测定油液污染度的若干影响因素分析[J].焦作工学院学报，1997（4）.

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