专利名称：三维油液污染度检测仪的制作方法
技术领域：
本设计发明属于一种检测电路，主要涉及各种油液中颗粒计数的光电转换电路及
计数输出电路。
背景技术：
油液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液来完成，如液压泵、液压马达、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。近年来，为实时监控油液以保证液压系统安全工作，很多研究部门依据油液中的固体颗粒是造成透射光衰减的这一因素设计了多种对油液中污染物固体颗粒的测试方法。但目前的测试电路多采用先将检测信号放大，然后由软件处理测试监控信号根据国际液压油污染度等级代码与颗粒浓度的对应表对数据进行处理，显示液压油的等级。目前市场上现有的光阻法颗粒度仪都是单个光道测量的，如果测量区域中颗粒分布不均匀或者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，我们采用三个光学通道来对油液进行检测并经过数据处理得到稳定真实的结果。本发明电路是依据硬件设计直接对检测信号分类处理。简化软件的处理，提高测试精确度。
发明内容
本发明的目的是提供一种油液污染度检测光电转换电路，使其具有光路设计简单，测量范围广、操作简单和测量精度高等特点。 本发明是利用光阻法来测量油液颗粒污染度。其原理如下 当半导体激光二极管发出的光束经过凸透镜折射后变为平行光束，平行光通过截面积为A的光学玻璃窗口，照射到光电接收管上，当被测油液中没有颗粒时，电路输出的为一固定电压E，当油液中有投影面积为a的颗粒通过测试通光孔，阻挡了平行光束，使透射光衰减，此时输出幅度为E。的脉冲，E。 = (a/A) E ;
若颗粒为球形，或可等效为直径为d的球形，则
E。 = (Ji d2E) / (4A) 即颗粒的投影面积和脉冲电压幅值呈线性关系。由此可根据脉冲幅度来判断颗粒的尺寸。传感器的电压信号传输到模拟比较器，与各通道预先设置好的阈值电压相比较，比较后的输出信号接后面的计数器电路，用计数器来计数脉冲(颗粒)的个数。计数器设有6个比较器电路(或通道)。各通道阈值电压的设定值跟通道的颗粒大小成线性关系，可以通过设置分压电阻和轻松的设置该阈值电压。当单个通道的电压幅值大于阈值电压时，比较器输出高电平，二极管导通，该通道的计数器计数。通过对每个通道大于该通道阈值电压的脉冲数进行统计便可知道各种尺寸范围的颗粒数。但是当颗粒以不同的姿态流经感光面时，对光的"遮挡"效果也不一样，如果用三个对管来测试这个颗粒，取最大的投影来反映颗粒的大小，比用一个单管来测试时的准确率要高的多。这样就能真实的反映颗粒的实际大小。本设计的设计原理图如图1所示。
本发明电路光电转换电路如图2所示，光电转换电路主要包括半导体激光发光二极管和半导体激光接收二极管，发光和接收二极管的灵敏度要达到指标的要求。在发光管和接收管之间要加一个凸透镜和一个平面透镜。凸透镜用来将发光管发出的光线平行的照射在接收管上。 本发明电路光电转换电路如图3所示，Al、 A2为运算放大器0P27， Tl为半导体激光二极管，T2为光接收管。T1正极通过电阻R3与+14V直流电源相接，负极直接接地。光接收管三极管T2集电极与运算放大器A1的输入端2相连，发射极与运算放大器A1的输入端3相连。电阻Rl两端分别与运算放大器Al的输入端2和输出端6相连，电阻R4接通运算放大器Al的输出端6和运算放大器A2的输入端3。电阻R2 —端与电路的公共地相连，一端与运算放大器A2的输入端2相连，电容Cl与电位器R5并联后分别与运算放大器A2的输入端2和输出端6相连，电阻R6连接运算放大器A2的输出端6和三极管T3的基极，三极管T3的集电极接+14V的直流电源，发射极为信号的输入到通道中。
当发光二极管发出的光信号，经凸透镜折射后变为平行光束，穿过测试油通道后照射再光敏电阻T2上，光电管T2导通，流经T2的电流信号经过运算放大器A1的I-V转换变为电压信号，再经过由A2的放大，最终经过T3的电平转换，变成被处理信号。电路中，为了 Cl作为密勒补偿，主要用于消除相差。 信号处理电路的电路图如图4所示(仅以一个通道来说明) 在处理电路中，处理电路分为两路，各自有不同的作用。下边的一路作为阈值调整
电路，根据输入的直流信号，进行一定的变换处理，输出六路直流电平(仅画出三路)，作为
整个电路输出的六个信道中的运算放大器的比较电压。上边的一路是整个电路的主要部
分，输入为交流信号。经过运算放大器A3的限幅和隔离后，将电信号送到六个输出的通道
中，各个通道都有不同的阈值电压，此阈值电压由下边直流通路提供。经过比较后，输出脉
冲方波到每个通道对应的计数器，输出检测结果。在图3中，Ul为传感器输出的信号的交
流信号隔离放大器，U2为传感器输出的信号的直流信号隔离放大器，U4为交流信号的限幅
单元，U5、U6、U7为比较器电路(为6个通道中的3个)。其阈值的设定值通过下部分的直
流电平在滑动变阻器上的分压所得，阈值可通过对滑动变阻器阻值的调整来设定。 理论上，颗粒越大，信号电压也越大，当颗粒随着油液流离开窗口时，信号就消失。
所以根据脉冲的个数可以确定油中所含颗粒的数量，根据脉冲的电平可以确定颗粒的大小。 本发明的目的可采用如下技术方案来实现其包括光电信号转换电路和电信号分类处理电路两部分(仅以一组对管来进行说明)。 所述的光电转换器为光敏元件，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。
附图1是本发明的原理图。
从图1中可以看出本发明包括四个主要的组成单元，它们是光电转换电路、放大
电路、信号比较脉冲输出电路和计数器电路。
附图2是本发明的结构示意图。
图中从左到油依次为半导体激光器、透镜、测量探头、光玻璃窗口、颗粒、I-V转换器件。
附图3是本发明的信号采集及放大电路。
图中放大器A1的功能是将光电管产生的电流信号转换为电压信号，放大器A2的功能是将Al转换的微弱的电压信号进行放大，以便后续电路的处理。
附图4是本发明的信号分析处理电路。 图中U1为交流信号的放大通道，U2为直流信号的放大取样通道，通过Ul的交流信号经过放大后流经后面的阈值比较器，比较器的阈值设置由U2放大器的输出信号经过滑动变阻器分压得到。各个粒径的颗粒对应不同的阈值，通过设置各路的滑动变阻器的介入阻值就可以很轻松的将电压阈值设定到与各个粒径相对应的典型值上。U3为交流信号输出的上限副电路，为了防止对干扰信号的放大，设此限幅电路可以改善电路的测量精度，减小误差。，U5、U6、U7为比较器电路(为6个通道中的3个)。其阈值的设定值通过下部分的直流电平在滑动变阻器上的分压所得，阈值可通过对滑动变阻器阻值的调整来设定。
具体实施例方式
结合附图，具体说明本发明的具体实施例。 如附图2所示本发明包括壳体、半导体激光器、测量探头、光电转换电路、I-V转换电路、比较电路和计数器计数电路。在壳体内设置有测量探头，测量探头两侧壁设置有光学玻璃窗口。在测量探头与半导体激光器之间设置一组透镜，测量探头右侧壁设置有光学玻璃窗口相对应一侧设置有光电转换器，本实施例的透镜的数量为三个，相对设置在测量
探头左侧。本实施例的光电转换器采用光敏元件，光敏元件通过i-v转换电路与比较电路
和计数器计数电路连接。 如附图2所示半导体激光器发出激光束经凸透镜折射成平行光束，通过被测试样的测量探头左侧壁的光学玻璃窗口 ，我们让油液流过横断面很小的通道，通道左侧壁装有光学玻璃窗口 ，平行光照射到测量探头中油液通道，经测量探头右侧壁光学玻璃窗口 ，由油液通道颗粒的消光作用后的光束，经光敏元件组成的光电转换器，通过六路比较器电路后产生六路脉冲信号经计数器计数电路计数后输出脉冲个数。
权利要求
一种三维油液污染度检测仪，其包括壳体、半导体激光器、测量探头、光电转换电路以信号处理电路。其特征是在壳体内设置有测量探头，在测量探头与半导体激光器之间设置一组透镜，测量探头右侧壁设置有光学玻璃窗口相对应一侧设置有光电转换器，光电转换器输出的信号处理电路进行处理。
2. 根据权利要求1所述的三维油液污染度检测仪，其特征是测量探头两侧壁设置有光学玻璃窗口。
3. 根据权利要求1所述的三维油液污染度检测仪，其特征是所述的光电转换器为光敏元件。
4. 根据权利要求l所述的三维油液污染度检测仪，其特征是透镜数量为三个，相对设置在测量探头左侧和半导体激光器之间。
全文摘要
本设计发明涉及一种及多种油液中颗粒计数的油液污染度检测仪。该检测仪基于光电原理，在被检测的油液经由透明薄板之间的间隙通过，发光二极管的光经凸透镜后为平行光束，平行光束通过通油的透明薄板后照射到接受二极管的接收头上，此时在接收二极管的两端就会产生电流信号。信号电平与颗粒大小成正比，所以根据脉冲的个数可以确定油液中所含颗粒的数量，根据脉冲的电平可以确定颗粒的大小。此电平信号经过处理电路的检测分类之后，可以判断油质的污染程度。本发明测量精度高，稳定性高，使用方便。
文档编号G01N15/14GK101750273SQ20081018059
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者孙君起, 张金伟, 邓可 申请人:北京航峰科伟装备技术有限公司