一种检测流体磁性颗粒的装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及设备状态检测和分析领域，尤其设及基于流体中磁性颗粒成像，W获 得磁性颗粒物理特性的检测流体磁性颗粒的装置与方法。
【背景技术】
[0002] 检测流体磁性颗粒的技术原理是利用电感励磁方式产生磁力，吸附流体中的磁性 颗粒，进行颗粒成像处理，W便检测颗粒的尺寸大小、浓度、形状、颜色、纹理等物理特性。
[0003] 在现有的一些磁性颗粒检测装置中，例如公开号为CN103983543A的中国发明专 利申请，其镜头和吸附部件分别设置在油液流道的两侧，调焦范围仅1. 8倍，该就造成在获 取油液颗粒时，由于光的折射或反射，油液中的气泡改变了原本光传递过程中单一均匀的 介质，影响磁性颗粒的成像；此外，在检测不透明油液时，不透明油液本身会对成像产生阻 碍作用。
[0004] 光的折射与光的反射都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中， 而折射光则进入到另一种介质中，由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介 质的交界处传播方向发生变化。在实际应用中，主要考虑光的折射。光的入射角与折射角 之间的关系，可W用斯涅尔定律（Snell'sLaw)来描述。斯涅尔定律表明，当光波从介质1 传播到介质2时，假若两种介质的折射率不同，则会发生折射现像，其入射光和折射光都处 于同一平面，称为入射平面，并且与界面法线的夹角满足如下关系：
[0005] riisin目1=n2sin目2
[0006] 其中，油液的折射率为1. 3~1. 5。如果镜头和吸附部件分别设置在流道的两侧， 即光传输到镜头需要经过透光片、油液W及油液中的气泡至少S种介质。理想情况下，光 从空气穿过均匀的透光片和油液，由上述斯涅耳定律公式可知，光的折射只跟透光片的折 射率有关系；但实际情况中，油液中很可能混有气泡等成为不均匀的介质，光穿过气泡的 曲面，会产生不同程度的反射和折射，使光线发散。该样获取的颗粒图像受到气泡的影响， 在后续计算处理的过程中，对其形状、尺寸、纹理等物理特性检测和分析的精确度会有所影 响。
[0007] 另外，当光照射到油液时，一部分会被吸收，一部分被散射，另一部分直接穿过油 液，根据Beel-Lambed定律，即一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的吸 收介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大，介 质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其关系为：
[000引
[0009] 其中，A代表吸光度，K是吸收系数或者摩尔吸收系数，1是吸收介质的厚度，C为 吸收介质的浓度，I。、It、T分别表示入射光的强度、透射光的强度和透射比。因此，镜头隔 着浓度较高的有色油液所采集到的油液中磁性颗粒图像，会由于光强度的减弱而显得不清 晰，甚至难W被用于后续处理。
[0010] 另外，现有流体磁性颗粒检测装置的调焦范围只有1.8倍，也不利于获取清晰的 图像，更无法对颗粒的纹理进行观察和分析。由放大率和光学路径长度、焦距的关系有：
[0011]
[0012] 其中，r为总放大率，A为光学路径长度，f为焦距，负号表示获取的图像为倒像。 因此，按照现有技术要实现调焦范围的扩大，需要增大装置的体积，更换更加昂贵的镜头。 该无疑会增加装置的成本，减少设备适宜使用的场合。
【发明内容】
[0013] 本发明为了解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种检测流体磁性颗粒的 装置与方法，消除了流体中气泡对磁性颗粒成像的影响，能检测流体中磁性颗粒的数量、形 状、纹理和尺寸。
[0014] 本发明检测流体磁性颗粒的装置，采用如下技术方案来实现：一种检测流体磁性 颗粒的装置，包括成像模块、吸附模块、控制模块、透光片及图像处理模块；成像模块、吸附 模块及透光片设置在流体流道的同一侧；吸附模块与控制模块电连接，受控于控制模块而 吸附或释放磁性颗粒；透光片固定在流体流道的上表面、位于成像模块的光路中屯、，透光片 位于吸附模块通电后所产生的磁场中，吸附模块将磁性颗粒吸附到透光片下方；图像处理 模块分别与成像模块、控制模块电连接，对成像模块输出的磁性颗粒的图像信号处理后上 传给控制模块；控制模块对图像信号进行图像分析处理，得出磁性颗粒的物理特性数据。
[0015] 所述吸附模块包括铁巧架、线圈和励磁吸附部件；励磁吸附部件固定在透光片的 上表面，与透光片贴附；吸附部件与铁巧架连接，线圈缠绕在铁巧架上；所述控制模块控制 线圈的通电和断电，使励磁吸附部件产生和失去磁力。
[0016] 所述励磁吸附部件设有两组，铁巧架也设有两组，两组励磁吸附部件与两组铁巧 架一一对应连接；两组励磁吸附部件W成像模块的光路中屯、为对称轴，对称设置在透光片 上。
[0017] 所述成像模块包括成像器件、滤光片、镜筒、透镜组、调焦机构、棱镜、物镜镜头W 及反射光源；成像器件位于滤光片的上方，成像器件与镜筒连接；镜筒内依次设置反射光 源、物镜镜头、调焦机构、透镜组W及滤光片，棱镜位于透镜组和成像器件之间，反射光源位 于镜筒最下方，调焦机构设置在透镜组上；反射光源的光线照射到透光片上。
[001引所述控制模块包括依次连接的终控机、上位机和下位机，下位机分别与流道中的 累、吸附模块、成像模块连接，图像处理模块分别与成像模块、上位机连接；图像处理模块将 处理后的图像信号上传到上位机，再由上位机上传到终控机，由终控机做图像识别处理。
[0019] 所述图像处理模块包括依次连接的模数转换电路、图像处理巧片和图像缓存巧 片，模数转换电路与成像模块连接，图像处理巧片与上位机连接。
[0020] 所述控制模块对吸附模块进行如下控制；直接给吸附模块通电W吸附颗粒，然后 直接断电W释放颗粒；或者给吸附模块先通电W吸附颗粒，然后导入方向不断变化、越来越 小的电流W释放颗粒。
[0021] 本发明检测流体磁性颗粒的方法，采用如下技术方案：包括W下步骤：
[0022] S1、下位机接收上位机的控制命令，控制流道中的累W调节油液的流速；
[0023]S2、下位机接收上位机的控制命令，控制吸附模块通电产生磁力，透光片开始吸附 油液中的磁性颗粒；
[0024]S3、开启成像模块，采集透光片上所吸附磁性颗粒的图像，向图像处理模块输出模 拟图像信号；
[0025]S4、图像处理模块对模拟图像信号进行处理，向上位机上传处理后的数字图像信 号；上位机收到数字图像信号后，向下位机发出控制命令；下位机控制吸附模块断电或给 吸附模块导入方向不断变化、越来越小的电流，使吸附模块的磁力降低，释放颗粒回油液， 准备接收下一次来自上位机的控制命令，开始新的颗粒吸附、图像采集、颗粒释放的循环周 期；
[0026]S5、上位机将所接收的数字图像信号传输到终控机，由终控机进行关于颗粒数量、 形状、尺寸和纹理的计算；终控机存储和显示颗粒信息，得出检测的结论。
[0027] 与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优点和有益效果：
[002引 1、在结构设计上，励磁吸附部件与位于流道上方的透光片贴附，使得最终吸附获 取的油液中磁性颗粒与镜头之间不再隔有油液，避免由于油液不均匀而产生的光反射和折 射，消除了油液中的气泡折射W及不透明油液对检测结果的影响，也消除了油液对光强度 的减弱作用对磁性颗粒成像造成的不良影响。
[0029] 2、调焦机构可W采用螺纹传动机构、蜗轮蜗杆机构、丝杠螺纹机构、凸轮传动机构 或者直线电机等传动机构。在棱镜的配合下，调焦机构能够在10-1000倍的范围内实现稳 定的焦距调节，获得更加清晰的颗粒图像，最终获得磁性颗粒的数量、形状、纹理和尺寸信 息，满足实际油液检测