专利名称：油液污染度检测电路的制作方法
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，
信号比较脉冲输出电路和计数输出电路。
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。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。但是大多数的电 路都有转换时间长、准确度低、转换精度低等缺点。我们在电路设计中采用高精度光敏元件 HRLD-400，并经过信号的放大、比较、计数等一系列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。 本发明是用光电转换原理来测量油液中所含的不同粒径颗粒个数，依此来计算油 液的污染度。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。 油液污染度检测电路分四个模块电路，它们分别是光电转换电路、信号转换放大 电路、信号比较脉冲输出电路和计数电路。其框图如图l所示。设计构思如图2所示。
光电转换电路包括放光管，凸透镜，测试油通道和接收管。光电转换电路主要用于 将油液中的颗粒信息转换成可以观察到的电信号，供后续电路的处理。 信号转换放大电路的主要功能是将光电转换出来的微弱的电流信号变成电压信 号并对该信号进行放大，光电转换电路和信号转换放大电路的电路图如图3所示，从图3中 可以看出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 照射再光敏电管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，C1 作为密勒补偿电容，主要用于消除相差，防止振荡。 信号比较脉冲输出电路用来将放大电路输出的含有颗粒信息的电压信号分为两
路，一路直流信号，一路交流信号，直流信号通过可调电位计送至电压比较器的阈值设置
端，交流信号送至电压比较器的信号输入端，对于粒径较小(5 50iim)的颗粒在比较输出
时由于信号较弱，需要再加一级放大和隔离。交流信号在输入到比较器时要加一个限幅电
路来减小信号的传输干扰误差。信号比较脉冲输出电路的电路图如图4所示。 计数电路用来对每个粒径颗粒数脉冲的计数，当脉冲输出电路有脉冲输出时，计
数电路就对该脉冲进行计数，计数结果通过显示模块显示或直接由单片机来进行处理。
信号处理电路的电路图如图4所示(仅以三个通道来说明) 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通过可变电阻器分压得到。 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，U1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是本发明的设计构思示意图。从该图中可以明确的看出该电路的整体框架 和信号的流向。 附图3是本发明的光电转换模块示意图。 图中从左到油依次为半导体发光管、凸透镜、通油管道、颗粒、光玻璃窗口、测量 探头。
附图4是本发明的光电转换电路。 图中从左到油依次为半导体发光管、凸透镜、通油管道、颗粒、光玻璃窗口、测量 探头、I-V转换器件，电压信号放大器件。其中，A1、A2为运算放大器0P27，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。Tl为半导体激光二极管，T2为光接收管。Tl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R1两端分别与运算 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。在i-v转换电路中，由于寄生电容使相位滞后，电路也变得容易振荡，在放大 器A2的2端和6端接一个电容Cl，主要作用是消除相差，防止振荡。
附图5是本发明的信号采集及放大电路。 图中A3为交流信号的放大及隔离通道，A4为直流信号的放大取样通道，在放大 器A3的3端加一个电容C12和二极管D9为了消除线路传输干扰的引入，限幅并滤除杂波。 通过A3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A4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。A6 和A10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。A5为小粒径交流信号的二级放大器、由于小粒径交流信号比 较微弱，在信号的传输过程中又会有扰动，这两种信号很难区分，所以在A5处再加上一级 放大，对于小粒径信号的提取很有帮助，从而提高了测量精度，在A5的输出端再加一个限 幅器A10，测量就更加准确。A7、A8、A9、A11、A12和A13为六路比较器电路。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。六路比较器的信号输出可以接上二极管来对输出的脉冲信号进行限幅。计数电 路的计数源就接在限幅二极管的后端。 计数电路用单片机来进行编程处理，硬件电路就是将六路限幅二极管的后端分别 接单片机的脉冲计数的输入端。
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4和图5所示本发明包括光电转换电路、I-V转换电路、信号比较脉冲输 出电路和计数器电路。在图4中所示的光电转换电路内部设有测量探头，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。本实施例的光电转换器采用光敏元件 HRLD-400，光敏元件通过I-V转换电路A1、信号放大电路A2和射极输出器与信号比较脉冲 输出电路相连接。 如附图5所示射极输出器输出的信号被交流信号通道A3和直流信号通道A4分
5为两路，交流信号输入到六路比较器的输入端，直流信号通过可调电位计分压后接到六路 比较器的阈值设置端，通过调节可调电位计的分压来设置六个通道阈值。通过六路比较器 电路后产生六路脉冲信号经限幅二极管限幅后接到计数电路，计数电路用来计数各个通道 输出的脉冲个数。
权利要求
一种油液污染度检测电路，其中包括光电转换电路、信号放大电路、信号比较及脉冲输出电路。其特征是在光电转换电路中设置有测量探头HRLD-400，在发光二极管后端放一凸透镜，在测量探头与发光二极管之间设置一组透镜。
2. 根据权利要求1所述的油液污染度检测电路，其特征是测量探头一端侧壁设置有 光学玻璃窗口。
3. 根据权利要求1所述的油液污染度检测电路，其特征是光电转换电路中所用的的测量探头为HRLD-400。
4. 根据权利要求1所述的油液污染度检测电路，其特征是经过I-V转换和放大后的 信号被分为直流和交流两个通路进行处理。
5. 根据权利要求1所述的油液污染度检测电路，其特征是在交流信号输入放大器一端有上限副电路。
6. 根据权利要求1所述的油液污染度检测电路，其特征是在比较器阈值设置端的阈值电压是通过放大后信号的直流分量在可调电位计上的分压得到，可以去除共模干扰。
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电路。该检测电路基于光电原理，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，根据信号电平可以确定颗粒的大小。此电流信号经过I-V转换和放大后变为可以处理的电压信号，此电压信号被分为直流和交流两路信号分别送往颗粒计数比较器的信号输入端和阈值设置端，比较器输出脉冲经限幅二极管限幅后送往计数电路，用以计数各个粒径颗粒的个数。本设计发明测量精度高，稳定性高，使用方便。
文档编号G01N15/10GK101762447SQ20081018832
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者邓可 申请人:邓可