一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置与方法与流程

本发明涉及油液在线监测技术领域，具体涉及一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置与方法。

背景技术：

润滑油对机械设备非常重要，设备运行时的各种变化及参数都会将信息隐含在其中，所以需要油液监测技术对其进行测量分析，获得润滑油的各种参数变化，如水分含量等，进而可以判断设备润滑油的润滑状态。润滑油污染是机械设备故障重要原因之一，而水污染是润滑油污染的主要原因之一，在机器设备正常工作中，对润滑油的水分含量进行分析能够对机器磨损做出早期发现和预警，从而改善设备的工作条件，对延长设备的工作寿命有重要意义。

传统的润滑油水分测量装置，测量原理是利用传感器装置的电阻率、电容、频率等电学特性随润滑油水分含量变化而变化的特点直接进行测量。虽然测量精度高，但是成本也高，而且往往传感器体积大，应用范围有限，不能提供测润滑油退化和健康状况的准确信息。专利201010295276.9提到了基于介电常数的电容法的水分传感器探头及在线监测方法，但其仅适用于润滑油水分含量较高的情况，对微量水分含量不能准确测量。专利201210084173.7提出了一种基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，能够测量润滑油中最小0.1％含水量，并能检测润滑油中是否存在游离水，但其传感器核心探头直接与环境接触，极易发生损坏。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种结构设计合理、成本低、体积小的基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置和一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测方法，能够在线实时监测润滑油水分含量，测量精度高。

一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置，包括：光源机构1、微流道机构2、光学成像机构3、控制分析系统4、外壳体5以及螺钉，所述外壳体5包括箱体5-1和箱盖5-2，箱体5-1上的中心位置处设置有微流体通道进出口，箱体5-1的左侧中央位置设置有第一凹槽，且该第一凹槽位于微流体通道进出口之间；箱盖5-2的右侧设置有凸台，凸台上设置有第二凹槽；所述光源机构1和所述微流道机构2设置于箱体5-1内，所述光学成像机构3和所述控制分析系统4设置于箱盖5-2上，箱盖5-2上设置有圆孔，所述箱体5-1在与箱盖5-2圆孔位置相对应的壳壁上开有螺纹孔，将螺钉穿过箱盖5-2的圆孔插入箱体5-1的螺纹孔实现箱体5-1和箱盖5-2的固定；所述光源机构1、所述微流道机构2、所述光学成像机构3与所述外壳体5的中心轴重合，微流体机构2通过螺钉固定于箱体5-1上，光源机构1与微流道机构2之间预留有一定间隙，且光源机构1与微流道机构2的中心轴同轴。

进一步的，所述光源机构1包括光源1-1和光学透镜1-2，所述光源1-1设置于光学透镜1-2的右侧，且所述光源1-1与光学透镜1-2的中心处于同一水平线。

进一步的，光源机构1与微流道机构2的具体连接方式包括：所述光源机构1的光源1-1粘贴在箱体5-1的第一凹槽内，所述光源机构1的光学透镜1-2镶嵌于第一凹槽的外端部，光源1-1和光学透镜1-2之间预留有间隙。

进一步的，所述微流道机构2包括具有周期性结构的检测物体2-2、微流体通道2-1、进通道口以及出通道口，具有周期性结构的检测物体2-2固定设置于微流体通道2-1左侧，所述进通道口和所述出通道口位于微流体通道2-1两侧。

进一步的，所述光学成像机构3包括镜头3-1、镜头套筒3-2、调焦螺筒3-3及光电成像器件3-4，光学成像机构3中的镜头3-1镶嵌于镜头套筒3-2前端，镜头套筒3-2外侧设有外螺纹，与调焦螺筒3-3中的内螺纹进行螺纹连接，转动镜头套筒3-2可调节成像系统物距，便于镜头对焦成像及改变放大倍率，调焦螺筒3-3使用螺钉固定于装置的箱盖5-2。

进一步的，光学成像机构3中的光电成像器件3-4粘合在箱盖5-2的中部，且光电成像器件3-4放置于调焦螺筒3-3内，光电成像器件3-4的中心轴与光源1-1同轴。

进一步的，光电成像器件3-4使用ccd图像传感器。

进一步的，所述控制分析系统4镶嵌在箱盖5-2右侧凸台的第二凹槽内，所述控制分析系统4与光电成像器件3-4连接。

一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测方法，包括以下步骤：

s1、采集原始物体图像：往微流道2-1通入新鲜的润滑油，开启光源机构1中的光源1-1，光通过微流道机构2中的新鲜润滑油介质和具有周期性结构的检测物体2-2，在光学成像机构3中的光电成像器件3-4上获得原始物体图像,即新鲜润滑油-目标物体组合的光学外观图像；

s2、变形物体图像采集：往微流道2-1通入被水污染的润滑油，开启光源机构1中的光源1-1，光通过微流道机构2中的被水污染的润滑油介质和具有周期性结构的检测物体2-2，在光学成像机构3中的光电成像器件3-4上获得变形物体图像，即被水污染润滑油-目标物体组合的光学外观图像，传递了有关润滑剂污染状况的光学信息；

s3、在控制分析系统4中对原始物体图像进行初始光学图像处理，得到原始物体图像的颜色截面，在控制分析系统4中对变形物体图像进行变形光学图像处理，得到变形物体图像的颜色截面；

s4、在颜色截面中定义表征物体的形状参数，比较原始物体图像的颜色截面和变形物体图像的颜色截面的物体形状参数，对润滑油中的水分进行可靠的定量分析，对润滑油的润滑条件进行评估。

进一步的，在控制分析系统4中对图像进行光学图像处理包括：提取图像横截面，将每个图像横截面进行颜色归一化处理，将像素颜色比例与像素位置进行映射形成颜色截面。

本发明的有益效果：

1.本发明产品制造成本低、占用空间小，更易于应用润滑油的在线水分监测；

2.本发明产品结构基于光学原理实现润滑油的水分监测，比现有水分监测设备更安全，应用范围更广；

3.本发明产品在光学介质(润滑油)后面引入具有已知周期结构的检测物体，获得的图像包含了润滑油-目标物联合光学外观的协同效应，其中已知的目标物周期性结构被润滑油扭曲。引入已知周期结构的物体，通过对润滑油-物体组合图像的分析，大大简化了介质状态监测。因此，通过测量采集图像的统计特征，并与原始物体图像进行比较，这些特征的差异代表了润滑油的性能，可以根据润滑油状态的变化进行分析，从而准确地判别污染物的存在。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置分解结构示意图；

图2为本发明实施例的一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置整体结构示意图；

图3为本发明实施例中一种微流体通道2-1的三维图；

图4为本发明实施例的一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测方法流程图；

附图标记：1为光源机构、2为微流道机构、3为光学成像机构、4为控制分析系统、5为外壳体、1-1为光源、1-2为光学透镜、2-1为微流体通道、2-2为具有周期性结构的检测物体、3-1为镜头、3-2为镜头套筒、3-3为调焦螺筒、3-4为光电成像器件、5-1为箱体、5-2为箱盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1-2所示，一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测装置，包括：光源机构1、微流道机构2、光学成像机构3、控制分析系统4、外壳体5以及螺钉。

所述外壳体5为一个方形腔体，包括箱体5-1和箱盖5-2，所述箱体5-1为方形缺边腔体结构，且箱体5-1的左侧壁沿上设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔用于插入螺钉固定箱体5-1和箱盖5-2；箱体5-1的中心位置处设置有微流体通道进出口，箱体5-1的左侧中心位置设置有第一凹槽，该第一凹槽位于微流体通道进出口之间，第一凹槽用于放置光源机构1。所述箱盖5-2为方形形状，箱盖5-2右侧设置有方形凸台，且箱盖5-2的凸台大小与箱体5-1相适应，方形凸台上设置有第二凹槽，所述第二凹槽用于放置控制分析系统4；所述箱盖5-2在与箱体5-1螺纹孔相对应的位置设置有圆孔。将螺钉穿过箱盖5-2的圆孔插入箱体5-1的螺纹孔实现箱体5-1和箱盖5-2的螺纹固定，箱体5-1和箱盖5-2固定好后，微流道机构2和光学成像机构3是相对的，且光源机构1与微流道机构2之间预留有一定间隙，光源机构1的中心轴与微流道机构2的中心轴同轴。

在一个优选的实施例中，所述螺纹孔设置4个，且4个螺纹孔分别设置在方形腔体的四个直角壁沿处。

在一个优选的实施例中，所述螺纹孔等间距设置于箱体5-1的方形腔体壁沿上。

箱体5-1的中央设置的微流体通道进出口为两个圆形通孔，两个圆形通孔分别与微流道机构2的进通道口和出通道口相通，润滑油从微流体通道进口流进，从微流体通道出口流出。

在一个可选的实施例中，所述外壳体5为圆柱形腔体，箱体5-1为一个空心缺顶的圆柱体形状，箱体5-1的圆形壁沿上设置有多个螺纹孔。箱盖5-2为圆形形状，且箱盖5-2右侧设有圆形凸台，箱盖5-2的凸台大小与箱体5-1相契合，所述箱盖5-2在与箱体5-1螺纹孔的相应位置设置有圆孔。

在一个可选的实施例中，所述外壳体5为矩形腔体，箱体5-1为一个矩形形状，箱体5-1的矩形壁沿上设置有多个螺纹孔。箱盖5-2为矩形形状，且箱盖5-2右侧设有方形凸台，箱盖5-2的凸台大小与箱体5-1相契合，所述箱盖5-2在与箱体5-1螺纹孔的相应位置设置有圆孔。

所述光源机构1和微流道机构2设置于箱体5-1左侧，所述光学成像机构3和控制分析系统4设置于箱盖5-2右侧，所述光源机构1、所述微流道机构2、所述光学成像机构3与所述外壳体5的中心轴重合。

所述光源机构1包括光源1-1和光学透镜1-2，所述光源1-1设置于光学透镜1-2的右侧，且所述光源1-1与光学透镜1-2的中心处于同一水平线。在一个优选实施例中，所述光源1-1为可见光源，优选采用led光源，选用可见光波段。

所述微流道机构2包括具有周期性结构的检测物体2-2、微流体通道2-1、进通道口以及出通道口，具有周期性结构的检测物体2-2固定设置于微流体通道2-1左侧，所述进通道口和所述出通道口位于微流体通道2-1两侧。具有已知周期性结构的检测物体2-2设置于在光学成像机构3对面，具体地，周期性结构的检测物体2-2镶嵌于微流道机构2的微流体通道2-1左侧，使用具有已知周期性结构的检测物体2-2是为了在获取光学图像时引入一个周期纹理。当光通过润滑油薄膜照射到周期纹理结构的物体时，由于光学图像畸变原理，不同水污染浓度的油液所折射出的光学图谱存在区别。检测物体的周期性结构有助于更好的获取光学图谱，能更好的检测出不同水污染浓度油液的图谱差别。在一个周期内，利用光学图像畸变原理获取置于润滑油薄膜后的周期性检测物体2-2的形状信息，通过比较新鲜润滑油和水污染润滑油的周期性检测物体的形状参数变化，估计水污染的含量和润滑条件。

在一个优选实施例中，所述具有周期性结构的检测物体2-2具有周期性纹理，可以是网格纹理，也可以是条纹纹理，优选的，具有周期性结构的检测物体2-2采用不锈钢编织金属网格丝布，网格形状为正方形、长方形或圆形中的任意一种。

如图3所示，微流道机构2中的微流体通道2-1为方形微型空腔管道，该空腔管道用于流通少量液压油，可形成一层非均匀液体介质(润滑油)薄膜，微流体通道2-1设置在光源1-1与光学成像机构3之间。进通道口与出通道口分别设置在该空腔管道的两侧，且均与空腔管道相通，润滑油从进通道口流入，从出通道口流出。

光源机构1与微流道机构2的具体连接方式包括：所述光源机构1的光源1-1粘贴在箱体5-1预留的第一凹槽内，光源1-1的贴合面均匀涂有散热用导热硅胶，光源机构1的光学透镜1-2镶嵌于第一凹槽的外端部，光源1-1和光学透镜1-2之间预留有间隙，微流体机构2通过螺钉固定于箱体5-1的连接座上，光源机构1与微流道机构2预留有间隙，光源机构1与微流道机构2的中心轴同轴。

所述光学成像机构3包括镜头3-1、镜头套筒3-2、调焦螺筒3-3及光电成像器件3-4，光学成像机构3中的镜头3-1镶嵌于镜头套筒3-2前端，镜头套筒3-2外侧设有外螺纹，与调焦螺筒3-3中的内螺纹进行螺纹连接，转动镜头套筒3-2可调节成像系统物距，便于镜头对焦成像及改变放大倍率，调焦螺筒3-3使用螺钉固定于装置的箱盖5-2。

光学成像机构3中的光电成像器件3-4粘合在箱盖5-2的中央，且光电成像器件3-4放置于调焦螺筒3-3内，光电成像器件3-4的中心轴与光源1-1中心同轴。

在一个优选的实施例中，所述光电成像器件3-4使用ccd图像传感器，ccd图像传感器占用空间小，更易于应用润滑油的在线水分监测。

在一个优选实施例中，光源机构1与微流道机构2之间设置有一个分隔板，该分隔板上设置有与微流体通道2-1大小和人数量相适应的通孔，微流体通道2-1穿过该分隔板的通孔进入箱体5-1中央设置的微流体通道进出口中。

所述控制分析系统4粘合在箱盖5-2上，所述控制分析系统4与光电成像器件3-4电连接，用于分析光学成像机构3获取的润滑油-目标物体组合的光学外观图像。

如图4所示，一种基于图像畸变的润滑油水分在线监测方法，包括但不限于以下步骤：

s1、采集原始物体图像：往微流道2-1通入新鲜的润滑油，开启光源机构1中的光源1-1，光通过微流道机构2中的新鲜润滑油介质和具有周期性结构的检测物体2-2，在光学成像机构3中的光电成像器件3-4上获得原始物体图像,即新鲜润滑油-目标物体组合的光学外观图像；

s2、变形物体图像采集：往微流道2-1通入被水污染的润滑油，开启光源机构1中的光源1-1，光通过微流道机构2中的被水污染的润滑油介质和具有周期性结构的检测物体2-2，在光学成像机构3中的光电成像器件3-4上获得变形物体图像,即被水污染润滑油-目标物体组合的光学外观图像，传递了有关润滑剂污染状况的光学信息；

s3、在控制分析系统4中对原始物体图像进行初始光学图像处理，得到原始物体图像的颜色截面，在控制分析系统4中对变形物体图像进行变形光学图像处理，得到变形物体图像的颜色截面；

进一步的，对图像进行光学图像处理包括：首先，选取两条网格线对原始物体图像和变形物体图像分别进行横切处理，提取图像横截面；然后，将每个图像横截面进行颜色归一化处理，分别将像素颜色比例(介于0和1之间)与像素位置进行映射形成颜色截面。

s4、在颜色截面中定义表征物体的形状参数，比较原始物体图像的颜色截面和变形物体图像的颜色截面的形状参数。对若干形状参数进行测量，如物体相对颜色、物体宽度不均匀系数等。当水浓度逐渐增加时，颜色截面图形振幅明显降低，物体相对颜色参数线性下降，物体宽度不均匀系数逐渐降低。当水浓度按1％-10％增加时，测量各个浓度的形状参数值变化。通过对比形状参数值大小，即可评估润滑油中的含水量，进而对润滑油的润滑条件进行测评。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“左侧”、“中央”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“右侧”、“内”、“前部”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-0nlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。