另外一些实施例中，能够获得关于在不同的机器操作条件下的流体性质的更多理解，所述条件包括例如在系统不运行时的“休眠中”，或者处于在系统关闭之后可能实际发生的“峰值节拍(peak beat)”。温度可能在关闭之后增加，这时没有冷却流体在循环。流体性质将会随着流体加热和冷却而变化。在短的加热或冷却间隔上测量这些变化能够得出关于润滑流体的性质的更多有价值的指示和洞悉。例如，光吸收可以随流体加热而改变。此外，跟踪电性质随温度的变化能够提供关于流体的状况的更多信息。偏差会促使控制系统请求测量，例如，不管是在机器正在操作时还是在启动或关闭时。
[0039]本申请克服了传统诊断的众多局限。首先，从流体采样到测试的传统时间延迟会使关键设备具有损坏的风险。有时，润滑流体在其正在被更换时被采样。虽然可能对提供关于内部部件的磨损的洞悉有帮助，但是机器会在潜在不安全的条件下操作，直到结果从实验室返回。其次，润滑流体可能在操作暂态期间暴露于通常能够超过150°C的极端温度下，可能导致润滑流体中的添加剂的某种分解。这样的温度通常没有被检测到，因为设备在这些条件下通常被“关闭”。尽管没有新的热量在产生，但是残余的热量被传递到润滑流体内并且能够潜在地影响其性能。这样的极端温度通常需要特殊的工程工作来设计出用于支持可靠的操作的集成的现场感测系统(例如，_50°C?+150°C ) ο此外，传感器及其他电活性元件需要支持这种环境。同样重要的是支持润滑流体在正常的及高负荷的操作期间可能遇到的各种压力。现场传感器框架必须被设计用于承受住随时间推移在润滑系统内遇到的峰值温度和压力。
[0040]若干变量提供了对润滑流体性质的洞悉。有些变量能够被直接测量，而其他变量能够被推导出。为了获得对流体状况的基本了解，对润滑剂的若干测量(传感器模态)可以有帮助的，包括，例如，温度、绝对压力、电阻抗或电阻、PH值、光透射或吸收，以及磁性测量。测量要么是直接的(例如，经由温度传感器得到的温度)，要么被推导出——例如，经由电变化和光变化的结合测量得到的碳堆积程度。标准的技术现在是可用的并被用来采集这些数据中的一些，例如，热电偶和压力传感器。派生的测量(例如，在操作范围内的粘度一致性)能够从直接的测量中计算出，并且能够被外推到温度和压力的范围之外。额外的检测方法包括一个或多个电感线圈和磁传感器的使用，以增强对运动的金属颗粒的检测。包含例如光源和光检测器的光透射仪测量对各种波长的光的吸收的变化，以表征碳烟堆积以及在润滑流体中的其他潜在的污染物和材料。所有此类测量都应当进行温度和压力补偿(或归一化)以提供关于润滑流体的基本健康状况的精确指示。此外，压力测量还能够针对系统取向的变化来准予。对来自多轴加速度计的取向的计算被用来确定压力读数何时会由于系统被定向超出了预定标准而为无效的，或者作为选择，压力读数针对在该标准的预定极限内的系统取向进行补偿。
[0041]粘度分析从多个传感器读数中得出摩擦系数，以确定润滑剂的净流体摩擦。本发明给出了通过测量来得出粘度的一种简单方法，例如，在选定位置的流体润滑剂内用于测量流体流动的两个磁传感器。这些磁传感器(例如，无延迟的霍尔(Hall)传感器)基本上是相互类似的并且彼此很接近地定位于润滑剂流内。小的紊流诱导器(inducer)使得能够在传感器附近测量基于所引起的流量扰动的细微流量差异。该测量能够进一步与使用光透射仪的光吸收测量集成到一起。这种与温度或合格的压力读数耦合的综合测量提供了用于计算摩擦系数的框架。基于霍尔(Hall)的传感器被设计为尽可能相似的。不是由紊流诱导器引起的时间和空间变化使用两个近似相同的传感器来减去。此外，紊流诱导器的形状被设计用于造成与流体速度相关的细微变化，类似于其中流体分子按照机翼上方和上方的略微不同的速度行进的航空应用。粘度使用所记录的润滑剂粘度参考数据从这些细微差异的测量以及局部的温度和压力中得出，提供关于实时润滑剂状况的指示。
[0042]传感器被适当地设计用于承受住发动机润滑剂的高温。高温热电偶测量温度，厚膜电阻器允许进行压力感测，以及高温磁传感器。光测量方法基于已经证明的高温设计。光谱的范围适当地为从紫外(UV)到中红外(mid-1R)，在该范围内润滑流体在高温下不发射能量，取决于流体、环境及潜在的污染物。透射仪的范围以毫米来度量，并且在发射元件和接收元件之间的距离使用已知的MEMS制造技术来精确地控制。在光发射元件和接收元件之间的这个距离必须是很精确的。所有这些元件都已经被实现并且在这些极端的温度和压力环境下按照中继有用数据的方式单独工作。设计并不限定于这些方法。目前，这些方法被证明是有效的并且提供了简单的解决方案。
[0043]在实施例中，通篇所描述的系统和方法提供了诸如与出现于内燃机中的或同其相关的高温环境关联的那些流体之类的流体的实时监测(即，在不存在去除样本的延迟的情况下在发动机活动期间监测流体)。适当地，这些系统和方法监测基于通常用于内燃机的基于油的流体润滑剂，以及其他流体(例如，传动液)或者基于乙二醇的冷却剂(例如，防冻剂)，以及在制造环境及用于医疗行业的关键的救生医疗设备中的其他流体。这些系统和方法适当地提供了使用多个传感器模态的实时监测，以在各种操作条件下确定被监测流体的劣化。另一个方面是本发明的检测在润滑剂内是否存在已知的有害颗粒(例如，金属)的能力。所处理的另一个方面是以被不断浸入润滑流体内的传感器模块来监测流体。所处理的另一个方面是对流体状况的并行的及综合的实时分析。本发明还处理了在这样的机器的操作环境中所遇到的高温及其他状况。
[0044]在示例性的实施例中，实时多模态流体感测系统处于包含将要浸入待监测的流体内的有源感测环境(100)的单个单元的自含式的实施例中。传感器附接于能够被放置到流体中的组件上，电子的及有源传感器被嵌入到经由螺纹螺栓(200)保持于原位的放油塞(300)内。螺栓头容纳有包含微控制器、过滤器及其他元件的自含式(self-contained)系统的非传感器元件，该自含式系统称为命令、控制及通信模块，即C3模块(400)。适当地包含于组件内的还有电感线圈(108)以及其他信号源方法以包含用于操作系统的功率，例如，电源(180)。螺栓组件是能够由技术人员安装和拆除的自含式平台。这样的环境是在汽车上的放油塞或者在同样可以用作流体的容器(reservoir)的润滑回流系统内的类似“低点”的典型环境。流体环境会经历到通过正常的和异常的操作引起的温度和压力的变化。正因如此，传感器被设计用于在温度和压力规格内一一以及在超出正常操作环境的常用容限内工作，以便能够检测异常的状况。
[0045]在感测环境中，系统以编程的方式在包括磁、光及电的多个传感器模态上生成它自己的本地及低能量的参考信号源，并且连续地检测其内的值以及被动地接收连续的压力和温度测量值。传感器平台(100)的有源元件将要被浸入被测量的流体内。在传感器没有被完全或部分浸入流体内的情况下，这能够通过从光发射(106)到光接收(107)以及从电源(101)到期望值容限的接收(104)的多传感器确认来检测并确认。以此方式，流体不足的状况能够通过多种方法来检测，以及检验电传感器和光学传感器两者是否被正确地及协作地交叉检查。
[0046]磁感测通过生成预定义的且可编程的特性(102)的信号来实现，该特性(102)具有与磁传感器(103)很接近的已知的固定参考距离，该信号由用于执行信号放大、A/D转换及数据过滤的数据采集控制单元(109)接收并处理。感测能够通过以下类型的一个或多个传感器(103)来完成:可提供与信号相称的响应速度，能够为相同的类型或者不同的类型并且可提供流体状况的直接的和差分的两种测量。数据采集控制单元(109)执行过滤并分析信号的步骤，包括放大、降噪滤波，该信号然后将被传递到微控制器(140)。
[0047]—个或多个光学传感器(107)能够耦接至能够由一个或多个特定波长的发射器(例如，窄频调谐的发光二极管(LED))和光接收器(例如，感光器)构成的一个或多个光源(106)。现在的光发射器能够被配置用于发射在窄频段内的光。这样的波长取决于流体以及会累积于流体中的污染物的具体类型。图6示出了在这样的近红外区上的代表性分布图。当LED发光时，光感测能够确定众多的特性，包括但不限于流体是否存在。此外，LED能够被安置于与伴随的感光器相距不同的已知且固定的距离处，以在不同的频率上提供吸收水平的基于距离的分布。该实施例能够通过与感光器间隔开已知距离的单个LED发射器以及通过与按已知的序列发出脉冲的感光器间隔开已知的距离的多个LED来实现。控制逻辑通过在微控制器(140)中的以及在数据采集控制单元(109)中的软件/固件来管理。光感测能够检测出具体波长的吸收以及光特性