[發(fā)明專利]一種在線實(shí)時(shí)磁性顆粒監(jiān)測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN104165819A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·劉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京至感科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N5/02
• 分類號(hào): G01N5/02
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在線實(shí)時(shí)磁性顆粒監(jiān)測系統(tǒng)，屬于質(zhì)量稱重傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機(jī)器設(shè)備比如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需要手持式鐵量儀就地檢查設(shè)備的狀態(tài)。比如飛機(jī)在將落后準(zhǔn)備再次起飛前，需要監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油中的磁性顆粒，比如鐵磁顆粒濃度。一般當(dāng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油中的鐵磁顆粒達(dá)到5PPM，就需要更換潤滑油。很多實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可以測量到如此低的濃度，但是在線式的實(shí)時(shí)鐵量儀具有方便，操作簡單，實(shí)時(shí)監(jiān)測的優(yōu)勢。

鐵量儀的傳感器使用聲波傳感器比如石英微天平。石英晶體微天平(QCM)最基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)：石英晶體內(nèi)部每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，會(huì)使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場；反之，若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。它其實(shí)與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似：當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C，一般約幾個(gè)PF到幾十PF；當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效，一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構(gòu)成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過主機(jī)將測得的諧振頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

1959年Sauerbrey在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM的金電極表面的條件下，得出了QCM的諧振頻率變化與外加質(zhì)量成正比的結(jié)論。對于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化△F正比于工作電極上沉積物的質(zhì)量改變△M。通過這一關(guān)系式可得到QCM電極表面的質(zhì)量變化。

QCM主要由石英晶體傳感器、信號(hào)檢測和數(shù)據(jù)處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個(gè)對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結(jié)構(gòu)。在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

質(zhì)量秤重傳感器被廣泛應(yīng)用于顆粒稱量，化學(xué)及生物傳感器。石英振蕩天平就是一種質(zhì)量秤重傳感器。石英稱重天平的靈敏度是從Sauerbrey方程得來，石英振蕩天平頻率變化值△F和質(zhì)量變化值△M有如下的關(guān)系：△F＝C_f·△M，其中△F為石英天平觀察到的稱重物質(zhì)前后頻率變化值，△M為石英天平觀察到的稱重物質(zhì)前后質(zhì)量變化值，C_f為石英天平稱量物質(zhì)質(zhì)量時(shí)的恒定系數(shù)。從上述公式上看，QCM的靈敏度是由C_f決定的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種更高的靈敏度及穩(wěn)定度的在線實(shí)時(shí)磁性顆粒監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種在線實(shí)時(shí)磁性顆粒監(jiān)測系統(tǒng)，包括封裝好的質(zhì)量稱重傳感器，石英傳感器晶片、鉻鍍層、金鍍層及磁鐵，所述質(zhì)量稱重傳感器的內(nèi)部設(shè)有石英振蕩電路，所述石英振蕩電路的兩個(gè)電極分別設(shè)置在所述石英傳感器晶片的上下兩面，所述石英傳感器晶片設(shè)置在所述質(zhì)量稱重傳感器的頂部，所述石英傳感器晶片的上表面和下表面分別鍍有一層鉻鍍層，所述鉻鍍層的表面上鍍有一層金鍍層，所述磁鐵封裝在所述傳感器內(nèi)部，且能在所述質(zhì)量稱重傳感器內(nèi)移動(dòng)，所述石英傳感器晶片正上方的所述鉻鍍層及所述金鍍層構(gòu)成敏感鍍層。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明具有更高的靈敏度及穩(wěn)定度及較短的測試時(shí)間，而且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述磁鐵所吸附的磁性顆粒位于所述敏感鍍層的表面，所述磁鐵所吸附的磁性顆粒由有機(jī)磁性材料或者無機(jī)物質(zhì)制成。

進(jìn)一步，所述無機(jī)物質(zhì)為金屬元素及金屬合金。

所述金屬單質(zhì)為鐵、鈷或鎳。所述金屬合金為鐵合金、鈷合金或鎳合金。