微尺度磨粒的差分计数和位置分析

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机械系统在工作运转时会产生磨粒,散落的磨粒分散于润滑系统后,导致油液污染,并随着机械运转时间的增加,磨损不断加剧,降低了机械系统的使用寿命。通过磨粒检测技术,可对润滑油中的磨粒进行检测分析,为机械系统诊断检测提供指导。首先由于油液中磨损颗粒多为微米级颗粒,针对油液微米级磨粒进行高精度检测分析,是微流控技术领域内的研究热点。为了有效抑制系统噪声信号,本文应用差分信号原理设计了一组应用于磨粒检测的差分微电极。针对设计的差分微电极芯片,建立了颗粒检测的等效电路模型,同时针对不同频率和不同检测颗粒的检测差异性进行仿真分析。本研究针对现有微电极加工工艺复杂,成本高,对加工设备要求高,耗时长的问题,提出了一种具有较好鲁棒性能的微电极制作方法。通过对微电极加工工艺进行研究,获得影响微电极加工质量的两个因素:微通道内壁的表面特性、金属溶液在微通道内流动的连续性。本研究对表面均一性良好的聚苯乙烯(PS,polystyrene)微球颗粒进行了差分检测分析。利用本研究设计的差分检测芯片,通过对粒径为10μm、18.5μm聚苯乙烯微球进行了差分计数检测。通过对检测信号进行滤波处理,通过计算检测脉冲数量来统计颗粒数目,从而分析确定颗粒浓度。通过鞘流方法控制颗粒聚焦在微流道特定位置并对其进行信号检测,获取颗粒在不同位置情况下的电流脉冲特点。确定该方法可应用于微尺度颗粒的检测,并为铁粉磨粒检测提供参考。利用本研究提出的聚苯乙烯微球颗粒计数和位置分析检测的研究方法,对润滑油液中等效粒径为10μm、15μm的铁粉磨粒进行了颗粒浓度检测和位置分析。根据体积密度法计算颗粒浓度,分析判断了实验检测的颗粒浓度的精确性。同时通过电流信号分析检测,以获得颗粒在微通道中的位置信息。本文对润滑油中金属磨粒的差分计数和位置检测研究,能够实现高精度的磨粒检测,同时本研究拓宽了油液中复杂形状颗粒检测方面的应用。
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