基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的方法与装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于包括：微流控芯片，所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和基板；所述微流控芯片主体上设有一条用于待检测油液流动的主通道，所述微流控芯片主体上还设有贯穿所述主通道的电极安放通道以及多条对称设置于所述主通道两侧的分离通道；供电模块，与安放在所述电极安放通道内的检测电极相连通，通过调整供电模块电压大小改变检测区域电场强度；微量注射泵，与所述主通道尾端相通，用于保持废液区真空度；led紫外灯，设置于所述微流控芯片的正上方。本发明还公开了上述装置的分离方法，本发明设备占地小，原理简单实用性强，可实现低成本、简单、快速地进行在线检测。
【专利说明】
基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的方法与装置
技术领域
[0001]本发明涉及从润滑油中分离不同类型的金属以及金属与非金属颗粒分离的技术，具体地说是一种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的方法与装置。
【背景技术】
[0002]润滑油液被广泛应用到机械设备当中，润滑油液包含了大量的污染物，其中以固体污染物的危害最为严重。固体污染物中的金属颗粒硬度较高，容易造成机械设备运动部件的磨损，引发机械故障。此外通过对润滑油金属与非金属颗粒的材料、数量和尺寸等特性的研究，可有效地评价机械设备的工作状态，同时也可以预测该机械设备的故障状态。
[0003]目前，对机械设备提高运行安全性，降低营运和维护成本，实现运行状态实时检测的要求越来越高。此时，对润滑油进行在线检测就显得尤为重要。在线润滑油的检测技术关键在于检测传感器。根据传感器的工作原理不同，润滑油液检测可分为以下几类:光学方法、声学方法、理化分析方法、在线铁谱仪和其它方法以及它们之间的组合。这几种方法都有各自的特点:
[0004]光学方法具有检测时间短，能实现实时测量，设备集成度高，在工程实践中应用广泛等优点;但是金属与非金属颗粒的聚集、还有气泡和水分都会影响测量结果，而且某些不透光的油液也会限制这一方法的实际应用。
[0005]声学方法可以区分润滑油中的颗粒、水滴等污染物，这种方法的技术难度在于传感器的安装和超声波频率的选择，同时其机械设备在运行时产生的振动会降低传感器的检测精度，检测仪的价格也比较昂贵。
[0006]理化分析方法是指在实验室内利用检测仪器对油样的粘度、闪点、水分、酸值、金属磨粒等理化指标进行检测分析的方法。这种方法检测精度高，可以分别得出润滑油的各项性能指标，做出全面的分析，从而有效延长润滑油的更换期限。常用的理化油品分析仪有粘度计、滴定仪等。由于理化分析法检测时间长、成本高、操作过程复杂、只用于实验室测量，不适合对油液的快速在线检测。
[0007]在线铁谱仪技术是利用磁力梯度和重力梯度将金属磨粒从润滑油中分离并按大小排列的油液检测技术。它能够判断出油液中磨损颗粒的大小和性质类型。但是定量铁谱有其不准确性，磨粒分析主要依赖操作者的知识水平和实践经验，采样不具有代表性，制作铁谱也需用很长时间，分析速度不高。
[0008]上述的在线润滑油液检测方法都存在着一定的不足，不能完全满足低成本、快速、灵敏等检测要求。
【发明内容】
[0009]根据上述提出的技术问题，而提供一种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的方法与装置。本发明主要利用微流控技术、光电效应原理以及电场作用原理，分离出润滑油中不同类型的金属以及金属与非金属颗粒分离，从而达到为分离后的油液分析提供参考价值，快速进行在线检测的目的。
[0010]本发明采用的技术手段如下:
[0011]—种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于包括:
[0012]微流控芯片，所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和基板;所述微流控芯片主体上设有一条用于待检测油液流动的主通道，所述微流控芯片主体上还设有贯穿所述主通道的电极安放通道以及多条对称设置于所述主通道两侧的分离通道；
[0013]供电模块，与安放在所述电极安放通道内的检测电极相连通，通过调整供电模块电压大小改变检测区域电场强度；
[0014]微量注射栗，与所述主通道尾端相通，用于保持废液区真空度；
[0015]led紫外灯，设置于所述微流控芯片的正上方。
[0016]上述的供电模块主要用于调整电场强度，从而保证可以通过电场力将油液中的带电金属颗粒分离出来;上述的微量注射栗可以通过调控，以特定的速度从废液孔处抽吸空气，使废液孔处保持一个真空度。由于废液孔中的压力比起他分离通道的分离孔中的压力低，从而可以使待检测油液顺利地在主通道中流动，确保油液不会流向分离通道，为带电金属颗粒的分离提供了必要条件；led紫外灯，确保整个微流控通道都在紫外光的照射范围内。根据光电效应原理，以一定频率的紫外光照射待检测润滑油样品，油液中的金属颗粒会受到紫外线的激发而放出电子，从而带上正电，不同的金属颗粒所带的电量是有差别的，当该样品油液通过检测区域时，带电的金属颗粒会受到电场力的作用而被吸引分离通道中，而不同的金属颗粒所受到的电场力以及初速度不同，这样不同的金属颗粒是会产生不同的运动轨迹的，会流向不同的分离通道。非金属颗粒在电场中不受电场力作用，会保持原来的运动方向流向废液孔。从而完成不同金属颗粒之间与非金属颗粒的分离。照射光的频率必须要进行适当的选择，确保能够激发油液中的金属颗粒，同时在整个实验过程中都必须保持光照。
[0017]进一步地，所述主通道包括设置于所述主通道端部的用于润滑油样品投样的进液孔和设置于所述主通道尾端的废液孔，所述主通道为长方形通道。
[0018]进一步地，所述检测电极分别放置在所述主通道两侧，两个所述检测电极为规格相同的圆柱铜棒。
[0019]进一步地，所述分离通道通过改变所述检测电极的正负极交换使用上下两排分离通道，所述分离通道尾端设有分离孔。由于不同金属颗粒在电场中的速度以及受力情况不同，分离通道设置多条，可使不同的金属颗粒流向不同的分离通道，分离通道的具体数量以及尺寸大小可以根据实验的实际情况进行改动。
[0020]本发明还公开了上述基于微流控芯片润滑油中颗粒分离装置的分离方法，其特征在于包括如下步骤:
[0021 ] S1、设置微量注射栗程序，以恒定的速度往废液孔中抽气，使废液孔相对于微流控芯片主体其他分离孔保持低压，形成预设的真空度；
[0022]S2、同时打开led紫外灯的开关，用移液器向进液孔处滴加适量的油液样品；
[0023]S3、当油液样品流经主通道进入检测电极放置的检测口时，通过调整供电模块的电压大小调整检测区域的电场强度，使油液样品中的带电金属颗粒能顺利地从油液中分离出来，非金属颗粒不受电场力的作用而保持原来的运动方向，随着油液样品流向废液孔，完成检测。
[0024]与现有的技术相比，本技术拥有以下的优点:
[0025]1.由于本发明采用微流控芯片作为分离油液中的金属颗粒与非金属颗粒的检测平台，相关的检测设备体积小，相对于大型贵重的检测设备，本发明具有结构简单、操作容易以及便携化等特点。
[0026]2.本发明所采用的技术和原理简单，克服了设备复杂，效率低等缺点，同时微流体通道设计简便，具有很强的实际操作性。
[0027]3.本发明采用光电效应激发油液中的金属颗粒，是一种非常简便、快捷的使金属颗粒带上电的方式。
[0028]基于上述理由本发明可实现低成本、简单、快速地进行在线检测，可在润滑油液检测等领域广泛推广。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本发明基于微流控芯片润滑油中金属与非金属颗粒分离装置的结构示意图；
[0031 ]图2为本发明微流控检测芯片的结构示意图；
[0032]图中:1、进液孔，2、第一分离孔，3、第二分离孔，4、第三分离孔，5、第四分离孔，6、第五分离孔，7、第六分离孔，8、废液孔，9、第一检测电极，10、第二检测电极，11、供电模块，
12、微量注射栗，13、微流控芯片主体，14、I ed紫外灯，15、基板。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明所采用的技术方案、目的和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例附图对本发明做进一步的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]—种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，包括:
[0035]微流控芯片，所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体13和基板15;所述微流控芯片主体13上设有一条用于待检测油液流动的主通道，所述微流控芯片主体13上还设有贯穿所述主通道的电极安放通道以及多条对称设置于所述主通道两侧的分离通道;所述主通道包括设置于所述主通道端部的用于润滑油样品投样的进液孔I和设置于所述主通道尾端的废液孔8，所述主通道为长方形通道。所述检测电极分别放置在所述主通道两侧，两个所述检测电极为规格相同的圆柱铜棒。所述分离通道通过改变所述检测电极的正负极交换使用上下两排分离通道，所述分离通道尾端设有分离孔。
[0036]供电模块11，与安放在所述电极安放通道内的检测电极相连通，通过调整供电模块11电压大小改变检测区域电场强度；
[0037]微量注射栗12，与所述主通道尾端相通，用于保持废液区真空度；
[0038]led紫外灯14，设置于所述微流控芯片13的正上方。
[0039]本发明还公开了一种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离装置的分离方法，包括如下步骤:
[0040]S1、设置微量注射栗12程序，以恒定的速度往废液孔8中抽气，使废液孔8相对于微流控芯片主体13其他分离孔保持低压，形成预设的真空度；
[0041]S2、同时打开led紫外灯14的开关，用移液器向进液孔I处滴加适量的油液样品；
[0042]S3、当油液样品流经主通道进入检测电极放置的检测口时，通过调整供电模块11的电压大小调整检测区域的电场强度，使油液样品中的带电金属颗粒能顺利地从油液中分离出来，非金属颗粒不受电场力的作用而保持原来的运动方向，随着油液样品流向废液孔8，完成检测。
[0043]实施例1
[0044]如图1所示，是基于微流控芯片的润滑油中金属颗粒之间与非金属颗粒分离的装置。主要由微流控芯片，铜电极和外加供电模块11，微量注射栗12，合适频率的Ied紫外灯14组成。如图2所示，是微流控芯片主体13和基板15的结构示意图，其中微流控芯片主体13由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制成，基板15由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成，即有机玻璃。PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料与PMMA材料之间具有良好的粘附性，且具有良好的化学惰性。微流控芯片主体上有一条是主通道，是检测油液样品的通道；另一条是对称设置在主通道两侧的用来分离油液中的金属颗粒的分离通道。
[0045]从图2可以看出，从左到右依次是油液样品进液孔I，两个铜电极(第一检测电极9和第二检测电极10)，6条分离通道且每条分离通道对应一个分离孔(分别是第一分离孔2、第二分离孔3、第三分离孔4、第四分离孔5、第五分离孔6和第六分离孔7)，以及设置在主通道尾端的废液孔8。
[0046]结合图1和图2说明本发明实施例所述的基于微流控芯片的油液中不同金属颗粒之间与非金属颗粒分离装置的工作原理:
[0047]首先调好微量注射栗12的程序，使其保持恒定的速度往废液孔8中抽气，这样废液孔8就会相对于微流控芯片主体13其他分离孔保持低压，形成一定的真空度。同时打led紫外灯14的开关，在整个检测过程中led紫外灯14 一直是保持开着状态。用移液器往油液样品进液孔I处滴加适量的油液样品，因为此时废液孔8处是一个相对的低压，滴入进液孔I的油液样品就会缓慢地在主通道中流动。当该油液样品流经检测口时，因为此时分离孔中的压力高于废液孔8，所以油液样品会保持原来的流动方向，而不会流向分离通道。同时通过外加供电模块11调整检测区域的电场强度，使油液中的带电金属颗粒能顺利地从油液中分离出来，同时由于不同的金属颗粒的所带的电荷数是不一样的，他们受到的电场力也会有区另Ij，因此它们流向分离通道时的运动轨迹也是不一样的，可以根据这个来区分金属颗粒。而非金属颗粒不会受到电场力的作用而保持原来的运动方向，随着油液流向废液孔8。
[0048]本发明实施例提供一种基于微流控芯片润滑油中金属颗粒之间与非金属颗粒分离的方法与装置。该方法是基于微流控技术、光电效应原理和电场作用原理上提出来的，所用到的技术和原理比较简单，且该检测装置的设备比较简单，便于携带，且检测的成本低，适用于在线检测。为金属颗粒和非金属颗粒的区分以及金属颗粒之间的区分提供了一种新的检测方法。
[0049]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于包括: 微流控芯片，所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和基板;所述微流控芯片主体上设有一条用于待检测油液流动的主通道，所述微流控芯片主体上还设有贯穿所述主通道的电极安放通道以及多条对称设置于所述主通道两侧的分离通道； 供电模块，与安放在所述电极安放通道内的检测电极相连通，通过调整供电模块电压大小改变检测区域电场强度； 微量注射栗，与所述主通道尾端相通，用于保持废液区真空度； led紫外灯，设置于所述微流控芯片的正上方。2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于:所述主通道包括设置于所述主通道端部的用于润滑油样品投样的进液孔和设置于所述主通道尾端的废液孔，所述主通道为长方形通道。3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于:所述检测电极分别放置在所述主通道两侧，两个所述检测电极为规格相同的圆柱铜棒。4.根据权利要求3所述的基于微流控芯片润滑油中颗粒分离的装置，其特征在于:所述分离通道通过改变所述检测电极的正负极交换使用上下两排分离通道，所述分离通道尾端设有分离孔。5.—种基于微流控芯片润滑油中颗粒分离装置的分离方法，其特征在于包括如下步骤: S1、设置微量注射栗程序，以恒定的速度往废液孔中抽气，使废液孔相对于微流控芯片主体其他分离孔保持低压，形成预设的真空度； S2、同时打开led紫外灯的开关，用移液器向进液孔处滴加适量的油液样品； S3、当油液样品流经主通道进入检测电极放置的检测口时，通过调整供电模块的电压大小调整检测区域的电场强度，使油液样品中的带电金属颗粒能顺利地从油液中分离出来，非金属颗粒不受电场力的作用而保持原来的运动方向，随着油液样品流向废液孔，完成检测。
【文档编号】G01N27/00GK106066343SQ201610403494
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月8日 公开号201610403494.7, CN 106066343 A, CN 106066343A, CN 201610403494, CN-A-106066343, CN106066343 A, CN106066343A, CN201610403494, CN201610403494.7
【发明人】王俊生, 潘新祥, 江佳威, 刘士恒, 潘博, 王成法
【申请人】大连海事大学