本發(fā)明涉及從潤(rùn)滑油中分離不同類(lèi)型的金屬顆粒的技術(shù)，尤其涉及一種基于微流控芯片技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離的裝置及方法。

背景技術(shù)：

潤(rùn)滑液體作為工業(yè)“血液”被廣泛應(yīng)用到動(dòng)力機(jī)械設(shè)備中，實(shí)際上潤(rùn)滑液體中包含大量污染物，其中以固體污染物的危害最為嚴(yán)重。固體污染物中的金屬顆粒硬度較高，容易造成機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件的磨損，引發(fā)機(jī)械故障。此外通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油金屬與非金屬顆粒的材料、數(shù)量和尺寸等特性的研究，可有效地評(píng)價(jià)機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)也可以預(yù)測(cè)該機(jī)械設(shè)備的故障狀態(tài)。為了保證機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行，降低維修成本，針對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)成為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)必不可少的環(huán)節(jié)，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè)是其中非常重要的一部分。

根據(jù)傳感器的工作原理不同，潤(rùn)滑油液檢測(cè)可分為以下幾類(lèi)：動(dòng)力學(xué)法，介電電泳法，磁分選法、聲學(xué)法等。這幾種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

1)動(dòng)力學(xué)法：對(duì)于動(dòng)力學(xué)分離方法來(lái)說(shuō)，固定障礙物的幾何形狀將決定系統(tǒng)的分離效率。而對(duì)于那些需要改變分離參數(shù)的情況，這將會(huì)極大地限制這種方法的使用。

2)介電電泳法：對(duì)于介電電泳分離方法來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)需要構(gòu)造非常復(fù)雜的芯片，而且很難收集分離的顆粒。

3)磁選分法：對(duì)于磁分選分離方法來(lái)說(shuō)，顆粒必須是鐵磁性顆粒，這對(duì)分離的顆粒范圍會(huì)造成很大的限制。

4)聲學(xué)法：對(duì)于聲學(xué)的分離方法來(lái)說(shuō)，考慮到聲力與粒子半徑的立方成正比，這種方法一般不適合小顆粒。

上述方法均存在著供能需求大、試劑用量多、分離時(shí)間長(zhǎng)、分離費(fèi)用高等不足之處，具有較強(qiáng)的局限性，不能完全滿(mǎn)足目前所需要的低成本、快速、簡(jiǎn)便的檢測(cè)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可快速地進(jìn)行在線分離，領(lǐng)域內(nèi)推廣性強(qiáng)的、基于微流控芯片技術(shù)的潤(rùn)滑油中不同種類(lèi)顆粒分離的裝置及方法。本發(fā)明主要利用微流控芯片技術(shù)、離心力原理對(duì)油液中不同種類(lèi)的金屬顆粒進(jìn)行分離，并用LIBS(激光誘導(dǎo)擊穿光譜學(xué))技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)金屬的成分，從而為液體的分析提供參考，實(shí)現(xiàn)液體在線檢測(cè)。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離的裝置，其特征在于，包括：

微流控芯片，所述微流控芯片包括基板和設(shè)置在所述基板上的微流控芯片主體；所述微流控芯片主體上設(shè)有一條用于待檢測(cè)油液流動(dòng)的主通道，一條與所述主通道相連通的用于聚焦顆粒油液流動(dòng)的聚焦通道，一條與所述主通道和所述聚焦通道尾端相連通的用于混合待測(cè)油液和聚焦顆粒油液的混合通道，以及設(shè)置在所述混合通道尾端的多條分離通道；

微量注射泵，共有兩臺(tái)，一臺(tái)與所述主通道的主通道進(jìn)液孔相連，用于以預(yù)設(shè)速度注射帶有金屬顆粒的待測(cè)油液；另一臺(tái)與所述聚焦通道的聚焦通道進(jìn)液孔相連，用以預(yù)設(shè)速度注射不帶顆粒的純油液；

LIBS檢測(cè)系統(tǒng)，與各條分離通道的尾端相連，用以確定每個(gè)分離通道的金屬類(lèi)型，以此來(lái)判斷是否達(dá)到分離效果。

上述的兩臺(tái)微量注射泵，其中一臺(tái)與主通道的主通道進(jìn)液孔相連，通過(guò)調(diào)節(jié)微量注射泵的程序，使之以預(yù)設(shè)的速度向主通道注射待測(cè)油液。另一臺(tái)與聚焦通道的聚焦通道進(jìn)液孔相連，調(diào)節(jié)微量注射泵的程序，使之以預(yù)設(shè)的速度流向聚焦通道，聚焦通道的油液的作用就是使待測(cè)液中的顆粒能夠貼著通道壁面運(yùn)行，使不同種類(lèi)的顆粒都能在同一位置進(jìn)入彎道，根據(jù)離心分離的原理，由于不同種類(lèi)的金屬顆粒密度是不相同的，進(jìn)而不同種類(lèi)的顆粒的質(zhì)量是不相同的，為了確保分離的準(zhǔn)確性，本分離方式只針對(duì)顆粒尺寸相近的顆粒，根據(jù)離心力公式：

在顆粒尺寸近似的前提下，在初速度相同的情況下，不同種類(lèi)的金屬顆粒所受到離心力是不一樣，因此不同種類(lèi)的顆粒在進(jìn)入彎道后會(huì)形成不同的軌跡，從而能進(jìn)入不同的分離通道。LIBS檢測(cè)系統(tǒng)與分離通道尾端相連，主要是用于檢測(cè)分離結(jié)束后各個(gè)通道的金屬種類(lèi)，起到一個(gè)驗(yàn)證的作用，檢驗(yàn)不同種類(lèi)的顆粒是否進(jìn)入了不同的分離通道(LIBS，激光誘導(dǎo)擊穿光譜學(xué)技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，利用光譜儀對(duì)等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析，以此來(lái)識(shí)別樣品中的元素組成成分，進(jìn)而可以進(jìn)行材料的識(shí)別、分類(lèi)、定性以及定量分析)。

進(jìn)一步地，所述主通道包括設(shè)置于所述主通道端部的用于潤(rùn)滑油樣品投樣的主通道進(jìn)液孔，所述主通道為縱截面是長(zhǎng)方形的通道。

進(jìn)一步地，所述聚焦通道包括設(shè)置于所述聚焦通道端部的用于注射純油液的聚焦通道進(jìn)液孔，所述聚焦通道為縱截面是長(zhǎng)方形的通道，所述聚焦通道與所述主通道成30°-90°的夾角，夾角優(yōu)選為30°-60°，所述聚集通道的流道寬度寬于所述主通道的流道寬度，確保能將待測(cè)油液的金屬顆粒壓向壁面，使其貼著壁面運(yùn)動(dòng)。

一般情況下，所述聚焦通道與所述主通道的夾角在30°-90°，可根據(jù)所需要達(dá)到的效果進(jìn)行選擇，角度越大，越容易聚焦顆粒，使顆?？梢再N著壁面運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述混合通道的首端和尾端分別與所述主通道、所述聚焦通道和所述分離通道相連，所述混合通道為具有平緩過(guò)渡的彎型通道。

進(jìn)一步地，所述分離通道包括設(shè)置于所述分離通道尾端的用于收集分離后的金屬顆粒的分離孔，所述分離通道設(shè)有N條，每條分離通道對(duì)應(yīng)一種金屬顆粒，所述分離通道為縱截面是長(zhǎng)方形的通道。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述的基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離裝置的分離方法，其特征在于包括如下步驟，

S1、調(diào)試好兩臺(tái)微量注射泵的注射程序，使其保持以恒定的速度分別向所述主通道進(jìn)液孔和所述聚焦通道進(jìn)液孔中注入待測(cè)油液和純油液；

S2、隨著待測(cè)油液和純油液的注入，待測(cè)油液通過(guò)所述主通道和純油液通過(guò)所述聚焦通道在所述混合通道中混合，純油液使得待測(cè)油液中的顆粒能貼著所述混合通道的壁面運(yùn)動(dòng)；

S3、通過(guò)控制流速，當(dāng)金屬顆粒進(jìn)入所述混合通道的彎型通道時(shí)，不同類(lèi)型金屬顆粒受到離心力的作用會(huì)產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)軌跡，最終流向不同的分離通道，匯聚在分離孔中，通過(guò)LIBS系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)金屬成分，檢驗(yàn)不同的金屬顆粒是否留在不同的分離通道當(dāng)中，確保分離的準(zhǔn)確性。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于采用微流控芯片作為分離油液中不同金屬顆粒分離的平臺(tái)，相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備體積小，相對(duì)于大型貴重的檢測(cè)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易以及便攜化等特點(diǎn)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)和原理簡(jiǎn)單，克服了設(shè)備復(fù)雜，效率低等缺點(diǎn)，同時(shí)微流體通道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的實(shí)際操作性。

3、本發(fā)明所采用的技術(shù)無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，操作簡(jiǎn)單。

基于上述理由，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)低成本、簡(jiǎn)單、快速地進(jìn)行在線分離，可在潤(rùn)滑油液檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明微流控檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為利用本發(fā)明的裝置及方法進(jìn)行顆粒分離所需達(dá)到的效果圖。

圖4為本發(fā)明基于ansys軟件模擬的分離結(jié)果圖。

圖中：1、主通道進(jìn)液孔；2、聚焦通道進(jìn)液孔；3、第一分離孔；4、第二分離孔；5、主通道；6、聚焦通道；7、混合通道；8、第一分離通道；9、第二分離通道；10、1號(hào)微量注射泵；11、2號(hào)微量注射泵；12、LIBS檢測(cè)系統(tǒng)；13、微流控芯片主體；14、基板。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1、圖2所示，一種基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離的裝置，包括：

微流控芯片，所述微流控芯片包括基板14和設(shè)置在所述基板14上的微流控芯片主體13；所述微流控芯片主體13上設(shè)有一條用于待檢測(cè)油液流動(dòng)的主通道5，所述主通道5包括設(shè)置于所述主通道5端部的用于潤(rùn)滑油樣品投樣的主通道進(jìn)液孔1，所述主通道5為縱截面是長(zhǎng)方形的通道。

所述微流控芯片主體13上設(shè)有一條與所述主通道5相連通的用于聚焦顆粒油液流動(dòng)的聚焦通道6，所述聚焦通道6包括設(shè)置于所述聚焦通道6端部的用于注射純油液的聚焦通道進(jìn)液孔2，所述聚焦通道6為縱截面是長(zhǎng)方形的通道，所述聚焦通道6與所述主通道5成45度的夾角，所述聚集通道6的流道寬度寬于所述主通道5的流道寬度。

所述微流控芯片主體13上設(shè)有一條與所述主通道5和所述聚焦通道6尾端相連通的用于混合待測(cè)油液和聚焦顆粒油液的混合通道7，所述混合通道7的首端和尾端分別與所述主通道5、所述聚焦通道6和所述分離通道相連，所述混合通道7為具有平緩過(guò)渡的彎型通道。

所述混合通道7尾端的多條分離通道，所述分離通道包括設(shè)置于所述分離通道尾端的用于收集分離后的金屬顆粒的分離孔，圖2中所示為兩條分離通道分別是第一分離通道8和第二分離通道9，對(duì)應(yīng)的第一分離通道8的尾端為第一分離孔3，第二分離通道9的尾端為第二分離孔4；每條分離通道對(duì)應(yīng)一種金屬顆粒，所述分離通道為縱截面是長(zhǎng)方形的通道。

微量注射泵，共有兩臺(tái)，本實(shí)施例中為1號(hào)微量注射泵10和2號(hào)微量注射泵11；1號(hào)微量注射泵10與所述主通道5的主通道進(jìn)液孔1相連，用于以預(yù)設(shè)速度注射帶有金屬顆粒的待測(cè)油液；2號(hào)微量注射泵11與所述聚焦通道6的聚焦通道進(jìn)液孔2相連，用以預(yù)設(shè)速度注射不帶顆粒的純油液。

LIBS檢測(cè)系統(tǒng)12，與各條分離通道的尾端相連，用以確定每個(gè)分離通道的金屬類(lèi)型，以此來(lái)判斷是否達(dá)到分離效果。

本發(fā)明還公開(kāi)了上述的基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離裝置的分離方法，包括如下步驟，

S1、調(diào)試好兩臺(tái)微量注射泵的注射程序，使其保持以恒定的速度分別向所述主通道進(jìn)液孔1和所述聚焦通道進(jìn)液孔2中注入待測(cè)油液和純油液；

S2、隨著待測(cè)油液和純油液的注入，待測(cè)油液通過(guò)所述主通道5和純油液通過(guò)所述聚焦通道6在所述混合通道7中混合，純油液使得待測(cè)油液中的顆粒能貼著所述混合通道7的壁面運(yùn)動(dòng)；

S3、通過(guò)控制流速，當(dāng)金屬顆粒進(jìn)入所述混合通道7的彎型通道時(shí)，不同類(lèi)型金屬顆粒受到離心力的作用會(huì)產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)軌跡，最終流向不同的分離通道，匯聚在分離孔中，通過(guò)LIBS系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)金屬成分，檢驗(yàn)不同的金屬顆粒是否留在不同的分離通道當(dāng)中，確保分離的準(zhǔn)確性。

實(shí)施例1

基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中顆粒分離的裝置具有上述結(jié)構(gòu)，其中微流控芯片主體13由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制成，基板14由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成，即有機(jī)玻璃。PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料與PMMA材料之間具有良好的粘附性，且具有良好的化學(xué)惰性。

所述微流控芯片主體13上主通道5是用于待檢測(cè)油液流動(dòng)的通道；聚焦通道6是利用純油液聚焦待測(cè)油液的顆粒流動(dòng)的通道，主要是，使其緊貼壁面運(yùn)動(dòng)；混合通道7，使不同種類(lèi)金屬顆粒的產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)軌跡；第一分離通道8和第二分離通道9，用來(lái)分離油液中不同金屬顆粒。

結(jié)合圖1-圖4說(shuō)明本實(shí)施例所述的基于微流控技術(shù)的潤(rùn)滑油中不同種類(lèi)金屬顆粒分離裝置的工作原理：

首先，調(diào)好1號(hào)微量注射泵10的程序，使其保持恒定的速度往主通道進(jìn)液孔1中注入待測(cè)油液，同時(shí)調(diào)好2號(hào)微量注射泵11的程序，使其保持一個(gè)恒定的速度向聚焦通道進(jìn)液孔2中注入純油液，純油液作為聚焦油液作用是能使待測(cè)油液的中的顆粒能在混合通道7中貼著壁面運(yùn)動(dòng)。1號(hào)微量注射泵10和2號(hào)微量注射泵11的速度要控制得當(dāng)，需要達(dá)到兩個(gè)目的：如圖3和4所示，首先顆粒在混合通道中要貼著壁面運(yùn)動(dòng)，其次顆粒在進(jìn)入分離彎道時(shí)能保持合適的速度，使不同種類(lèi)的金屬顆粒產(chǎn)生位移相差較大的運(yùn)動(dòng)軌跡。流速的把控可根據(jù)ansys模擬軟件的模擬結(jié)果顯示，先確定一個(gè)大概的值，再根據(jù)這個(gè)結(jié)果值手動(dòng)調(diào)節(jié)微量注射泵的速度設(shè)定，如，在銅鋁混合顆粒的動(dòng)力粘度為0.03979kg/m.s的潤(rùn)滑油溶液中，預(yù)設(shè)的速度在0.3-1m/s的時(shí)候，能實(shí)現(xiàn)較好地分離。

當(dāng)金屬顆粒進(jìn)入混合通道7的彎型通道時(shí)，由于不同種類(lèi)金屬顆粒所受到的離心力是有差別的，所以在進(jìn)入彎型通道后會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，最終流向不同的分離通道。最終不同的顆粒會(huì)匯聚在不同的分離孔中，分離孔中的金屬可以被LIBS檢測(cè)系統(tǒng)12進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)金屬成分，檢驗(yàn)不同的金屬顆粒是否留在不同的分離通道當(dāng)中，確保分離的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明是基于微流控技術(shù)、離心分離原理上提出來(lái)的，所用到的技術(shù)和原理比較簡(jiǎn)單，且該檢測(cè)裝置的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，便于攜帶，且檢測(cè)的成本低，適用于在線檢測(cè)，為不同金屬顆粒區(qū)分提供了一種新的檢測(cè)方法。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。