基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微流控芯片潤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自上而下依次設(shè)置微流控芯片主體和基板；所述微流控芯片主體上設(shè)有一條用于待檢測油液流動的主通道，所述微流控芯片主體上還設(shè)有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設(shè)置于所述主通道兩側(cè)的分離通道；供電模塊，與安放在所述電極安放通道內(nèi)的檢測電極相連通，通過調(diào)整供電模塊電壓大小改變檢測區(qū)域電場強(qiáng)度；微量注射泵，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區(qū)真空度；led紫外燈，設(shè)置于所述微流控芯片的正上方。本發(fā)明還公開了上述裝置的分離方法，本發(fā)明設(shè)備占地小，原理簡單實(shí)用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)低成本、簡單、快速地進(jìn)行在線檢測。
【專利說明】
基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及從潤滑油中分離不同類型的金屬以及金屬與非金屬顆粒分離的技術(shù)，具體地說是一種基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]潤滑油液被廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，潤滑油液包含了大量的污染物，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)動部件的磨損，引發(fā)機(jī)械故障。此外通過對潤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，可有效地評價機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)，同時也可以預(yù)測該機(jī)械設(shè)備的故障狀態(tài)。
[0003]目前，對機(jī)械設(shè)備提高運(yùn)行安全性，降低營運(yùn)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時檢測的要求越來越高。此時，對潤滑油進(jìn)行在線檢測就顯得尤為重要。在線潤滑油的檢測技術(shù)關(guān)鍵在于檢測傳感器。根據(jù)傳感器的工作原理不同，潤滑油液檢測可分為以下幾類:光學(xué)方法、聲學(xué)方法、理化分析方法、在線鐵譜儀和其它方法以及它們之間的組合。這幾種方法都有各自的特點(diǎn):
[0004]光學(xué)方法具有檢測時間短，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量，設(shè)備集成度高，在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn);但是金屬與非金屬顆粒的聚集、還有氣泡和水分都會影響測量結(jié)果，而且某些不透光的油液也會限制這一方法的實(shí)際應(yīng)用。
[0005]聲學(xué)方法可以區(qū)分潤滑油中的顆粒、水滴等污染物，這種方法的技術(shù)難度在于傳感器的安裝和超聲波頻率的選擇，同時其機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時產(chǎn)生的振動會降低傳感器的檢測精度，檢測儀的價格也比較昂貴。
[0006]理化分析方法是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用檢測儀器對油樣的粘度、閃點(diǎn)、水分、酸值、金屬磨粒等理化指標(biāo)進(jìn)行檢測分析的方法。這種方法檢測精度高，可以分別得出潤滑油的各項性能指標(biāo)，做出全面的分析，從而有效延長潤滑油的更換期限。常用的理化油品分析儀有粘度計、滴定儀等。由于理化分析法檢測時間長、成本高、操作過程復(fù)雜、只用于實(shí)驗(yàn)室測量，不適合對油液的快速在線檢測。
[0007]在線鐵譜儀技術(shù)是利用磁力梯度和重力梯度將金屬磨粒從潤滑油中分離并按大小排列的油液檢測技術(shù)。它能夠判斷出油液中磨損顆粒的大小和性質(zhì)類型。但是定量鐵譜有其不準(zhǔn)確性，磨粒分析主要依賴操作者的知識水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采樣不具有代表性，制作鐵譜也需用很長時間，分析速度不高。
[0008]上述的在線潤滑油液檢測方法都存在著一定的不足，不能完全滿足低成本、快速、靈敏等檢測要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的方法與裝置。本發(fā)明主要利用微流控技術(shù)、光電效應(yīng)原理以及電場作用原理，分離出潤滑油中不同類型的金屬以及金屬與非金屬顆粒分離，從而達(dá)到為分離后的油液分析提供參考價值，快速進(jìn)行在線檢測的目的。
[0010]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0011]—種基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的裝置，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設(shè)置微流控芯片主體和基板;所述微流控芯片主體上設(shè)有一條用于待檢測油液流動的主通道，所述微流控芯片主體上還設(shè)有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設(shè)置于所述主通道兩側(cè)的分離通道；
[0013]供電模塊，與安放在所述電極安放通道內(nèi)的檢測電極相連通，通過調(diào)整供電模塊電壓大小改變檢測區(qū)域電場強(qiáng)度；
[0014]微量注射栗，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區(qū)真空度；
[0015]led紫外燈，設(shè)置于所述微流控芯片的正上方。
[0016]上述的供電模塊主要用于調(diào)整電場強(qiáng)度，從而保證可以通過電場力將油液中的帶電金屬顆粒分離出來;上述的微量注射栗可以通過調(diào)控，以特定的速度從廢液孔處抽吸空氣，使廢液孔處保持一個真空度。由于廢液孔中的壓力比起他分離通道的分離孔中的壓力低，從而可以使待檢測油液順利地在主通道中流動，確保油液不會流向分離通道，為帶電金屬顆粒的分離提供了必要條件；led紫外燈，確保整個微流控通道都在紫外光的照射范圍內(nèi)。根據(jù)光電效應(yīng)原理，以一定頻率的紫外光照射待檢測潤滑油樣品，油液中的金屬顆粒會受到紫外線的激發(fā)而放出電子，從而帶上正電，不同的金屬顆粒所帶的電量是有差別的，當(dāng)該樣品油液通過檢測區(qū)域時，帶電的金屬顆粒會受到電場力的作用而被吸引分離通道中，而不同的金屬顆粒所受到的電場力以及初速度不同，這樣不同的金屬顆粒是會產(chǎn)生不同的運(yùn)動軌跡的，會流向不同的分離通道。非金屬顆粒在電場中不受電場力作用，會保持原來的運(yùn)動方向流向廢液孔。從而完成不同金屬顆粒之間與非金屬顆粒的分離。照射光的頻率必須要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，確保能夠激發(fā)油液中的金屬顆粒，同時在整個實(shí)驗(yàn)過程中都必須保持光照。
[0017]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滑油樣品投樣的進(jìn)液孔和設(shè)置于所述主通道尾端的廢液孔，所述主通道為長方形通道。
[0018]進(jìn)一步地，所述檢測電極分別放置在所述主通道兩側(cè)，兩個所述檢測電極為規(guī)格相同的圓柱銅棒。
[0019]進(jìn)一步地，所述分離通道通過改變所述檢測電極的正負(fù)極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設(shè)有分離孔。由于不同金屬顆粒在電場中的速度以及受力情況不同，分離通道設(shè)置多條，可使不同的金屬顆粒流向不同的分離通道，分離通道的具體數(shù)量以及尺寸大小可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況進(jìn)行改動。
[0020]本發(fā)明還公開了上述基于微流控芯片潤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:
[0021 ] S1、設(shè)置微量注射栗程序，以恒定的速度往廢液孔中抽氣，使廢液孔相對于微流控芯片主體其他分離孔保持低壓，形成預(yù)設(shè)的真空度；
[0022]S2、同時打開led紫外燈的開關(guān)，用移液器向進(jìn)液孔處滴加適量的油液樣品；
[0023]S3、當(dāng)油液樣品流經(jīng)主通道進(jìn)入檢測電極放置的檢測口時，通過調(diào)整供電模塊的電壓大小調(diào)整檢測區(qū)域的電場強(qiáng)度，使油液樣品中的帶電金屬顆粒能順利地從油液中分離出來，非金屬顆粒不受電場力的作用而保持原來的運(yùn)動方向，隨著油液樣品流向廢液孔，完成檢測。
[0024]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本技術(shù)擁有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.由于本發(fā)明采用微流控芯片作為分離油液中的金屬顆粒與非金屬顆粒的檢測平臺，相關(guān)的檢測設(shè)備體積小，相對于大型貴重的檢測設(shè)備，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易以及便攜化等特點(diǎn)。
[0026]2.本發(fā)明所采用的技術(shù)和原理簡單，克服了設(shè)備復(fù)雜，效率低等缺點(diǎn)，同時微流體通道設(shè)計簡便，具有很強(qiáng)的實(shí)際操作性。
[0027]3.本發(fā)明采用光電效應(yīng)激發(fā)油液中的金屬顆粒，是一種非常簡便、快捷的使金屬顆粒帶上電的方式。
[0028]基于上述理由本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)低成本、簡單、快速地進(jìn)行在線檢測，可在潤滑油液檢測等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為本發(fā)明基于微流控芯片潤滑油中金屬與非金屬顆粒分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2為本發(fā)明微流控檢測芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中:1、進(jìn)液孔，2、第一分離孔，3、第二分離孔，4、第三分離孔，5、第四分離孔，6、第五分離孔，7、第六分離孔，8、廢液孔，9、第一檢測電極，10、第二檢測電極，11、供電模塊，
12、微量注射栗，13、微流控芯片主體，14、I ed紫外燈，15、基板。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了使本發(fā)明所采用的技術(shù)方案、目的和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。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。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動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。
[0034]—種基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的裝置，包括:
[0035]微流控芯片，所述微流控芯片包括自上而下依次設(shè)置微流控芯片主體13和基板15;所述微流控芯片主體13上設(shè)有一條用于待檢測油液流動的主通道，所述微流控芯片主體13上還設(shè)有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設(shè)置于所述主通道兩側(cè)的分離通道;所述主通道包括設(shè)置于所述主通道端部的用于潤滑油樣品投樣的進(jìn)液孔I和設(shè)置于所述主通道尾端的廢液孔8，所述主通道為長方形通道。所述檢測電極分別放置在所述主通道兩側(cè)，兩個所述檢測電極為規(guī)格相同的圓柱銅棒。所述分離通道通過改變所述檢測電極的正負(fù)極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設(shè)有分離孔。
[0036]供電模塊11，與安放在所述電極安放通道內(nèi)的檢測電極相連通，通過調(diào)整供電模塊11電壓大小改變檢測區(qū)域電場強(qiáng)度；
[0037]微量注射栗12，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區(qū)真空度；
[0038]led紫外燈14，設(shè)置于所述微流控芯片13的正上方。
[0039]本發(fā)明還公開了一種基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離裝置的分離方法，包括如下步驟:
[0040]S1、設(shè)置微量注射栗12程序，以恒定的速度往廢液孔8中抽氣，使廢液孔8相對于微流控芯片主體13其他分離孔保持低壓，形成預(yù)設(shè)的真空度；
[0041]S2、同時打開led紫外燈14的開關(guān)，用移液器向進(jìn)液孔I處滴加適量的油液樣品；
[0042]S3、當(dāng)油液樣品流經(jīng)主通道進(jìn)入檢測電極放置的檢測口時，通過調(diào)整供電模塊11的電壓大小調(diào)整檢測區(qū)域的電場強(qiáng)度，使油液樣品中的帶電金屬顆粒能順利地從油液中分離出來，非金屬顆粒不受電場力的作用而保持原來的運(yùn)動方向，隨著油液樣品流向廢液孔8，完成檢測。
[0043]實(shí)施例1
[0044]如圖1所示，是基于微流控芯片的潤滑油中金屬顆粒之間與非金屬顆粒分離的裝置。主要由微流控芯片，銅電極和外加供電模塊11，微量注射栗12，合適頻率的Ied紫外燈14組成。如圖2所示，是微流控芯片主體13和基板15的結(jié)構(gòu)示意圖，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15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。微流控芯片主體上有一條是主通道，是檢測油液樣品的通道；另一條是對稱設(shè)置在主通道兩側(cè)的用來分離油液中的金屬顆粒的分離通道。
[0045]從圖2可以看出，從左到右依次是油液樣品進(jìn)液孔I，兩個銅電極(第一檢測電極9和第二檢測電極10)，6條分離通道且每條分離通道對應(yīng)一個分離孔(分別是第一分離孔2、第二分離孔3、第三分離孔4、第四分離孔5、第五分離孔6和第六分離孔7)，以及設(shè)置在主通道尾端的廢液孔8。
[0046]結(jié)合圖1和圖2說明本發(fā)明實(shí)施例所述的基于微流控芯片的油液中不同金屬顆粒之間與非金屬顆粒分離裝置的工作原理:
[0047]首先調(diào)好微量注射栗12的程序，使其保持恒定的速度往廢液孔8中抽氣，這樣廢液孔8就會相對于微流控芯片主體13其他分離孔保持低壓，形成一定的真空度。同時打led紫外燈14的開關(guān)，在整個檢測過程中l(wèi)ed紫外燈14 一直是保持開著狀態(tài)。用移液器往油液樣品進(jìn)液孔I處滴加適量的油液樣品，因?yàn)榇藭r廢液孔8處是一個相對的低壓，滴入進(jìn)液孔I的油液樣品就會緩慢地在主通道中流動。當(dāng)該油液樣品流經(jīng)檢測口時，因?yàn)榇藭r分離孔中的壓力高于廢液孔8，所以油液樣品會保持原來的流動方向，而不會流向分離通道。同時通過外加供電模塊11調(diào)整檢測區(qū)域的電場強(qiáng)度，使油液中的帶電金屬顆粒能順利地從油液中分離出來，同時由于不同的金屬顆粒的所帶的電荷數(shù)是不一樣的，他們受到的電場力也會有區(qū)另Ij，因此它們流向分離通道時的運(yùn)動軌跡也是不一樣的，可以根據(jù)這個來區(qū)分金屬顆粒。而非金屬顆粒不會受到電場力的作用而保持原來的運(yùn)動方向，隨著油液流向廢液孔8。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于微流控芯片潤滑油中金屬顆粒之間與非金屬顆粒分離的方法與裝置。該方法是基于微流控技術(shù)、光電效應(yīng)原理和電場作用原理上提出來的，所用到的技術(shù)和原理比較簡單，且該檢測裝置的設(shè)備比較簡單，便于攜帶，且檢測的成本低，適用于在線檢測。為金屬顆粒和非金屬顆粒的區(qū)分以及金屬顆粒之間的區(qū)分提供了一種新的檢測方法。
[0049]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于微流控芯片潤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自上而下依次設(shè)置微流控芯片主體和基板;所述微流控芯片主體上設(shè)有一條用于待檢測油液流動的主通道，所述微流控芯片主體上還設(shè)有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設(shè)置于所述主通道兩側(cè)的分離通道； 供電模塊，與安放在所述電極安放通道內(nèi)的檢測電極相連通，通過調(diào)整供電模塊電壓大小改變檢測區(qū)域電場強(qiáng)度； 微量注射栗，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區(qū)真空度； led紫外燈，設(shè)置于所述微流控芯片的正上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的裝置，其特征在于:所述主通道包括設(shè)置于所述主通道端部的用于潤滑油樣品投樣的進(jìn)液孔和設(shè)置于所述主通道尾端的廢液孔，所述主通道為長方形通道。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的裝置，其特征在于:所述檢測電極分別放置在所述主通道兩側(cè)，兩個所述檢測電極為規(guī)格相同的圓柱銅棒。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微流控芯片潤滑油中顆粒分離的裝置，其特征在于:所述分離通道通過改變所述檢測電極的正負(fù)極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設(shè)有分離孔。5.—種基于微流控芯片潤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、設(shè)置微量注射栗程序，以恒定的速度往廢液孔中抽氣，使廢液孔相對于微流控芯片主體其他分離孔保持低壓，形成預(yù)設(shè)的真空度； S2、同時打開led紫外燈的開關(guān)，用移液器向進(jìn)液孔處滴加適量的油液樣品； S3、當(dāng)油液樣品流經(jīng)主通道進(jìn)入檢測電極放置的檢測口時，通過調(diào)整供電模塊的電壓大小調(diào)整檢測區(qū)域的電場強(qiáng)度，使油液樣品中的帶電金屬顆粒能順利地從油液中分離出來，非金屬顆粒不受電場力的作用而保持原來的運(yùn)動方向，隨著油液樣品流向廢液孔，完成檢測。
【文檔編號】G01N27/00GK106066343SQ201610403494
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月8日 公開號201610403494.7, CN 106066343 A, CN 106066343A, CN 201610403494, CN-A-106066343, CN106066343 A, CN106066343A, CN201610403494, CN201610403494.7
【發(fā)明人】王俊生, 潘新祥, 江佳威, 劉士恒, 潘博, 王成法
【申請人】大連海事大學(xué)