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

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置微流控芯片主體和基板；所述微流控芯片主體上設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有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設置于所述主通道兩側的分離通道；供電模塊，與安放在所述電極安放通道內的檢測電極相連通，通過調整供電模塊電壓大小改變檢測區域電場強度；微量注射泵，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區真空度；led紫外燈，設置于所述微流控芯片的正上方。本發明還公開了上述裝置的分離方法，本發明設備占地小，原理簡單實用性強，可實現低成本、簡單、快速地進行在線檢測。
【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
技術領域
[0001]本發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，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】
[0002]潤滑油液被廣泛應用到機械設備當中，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重。固體污染物中的金屬顆粒硬度較高，容易造成機械設備運動部件的磨損，引發機械故障。此外通過對潤滑油金屬與非金屬顆粒的材料、數量和尺寸等特性的研究，可有效地評價機械設備的工作狀態，同時也可以預測該機械設備的故障狀態。
[0003]目前，對機械設備提高運行安全性，降低營運和維護成本，實現運行狀態實時檢測的要求越來越高。此時，對潤滑油進行在線檢測就顯得尤為重要。在線潤滑油的檢測技術關鍵在于檢測傳感器。根據傳感器的工作原理不同，潤滑油液檢測可分為以下幾類:光學方法、聲學方法、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:
[0004]光學方法具有檢測時間短，能實現實時測量，設備集成度高，在工程實踐中應用廣泛等優點;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果，而且某些不透光的油液也會限制這一方法的實際應用。
[0005]聲學方法可以區分潤滑油中的顆粒、水滴等污染物，這種方法的技術難度在于傳感器的安裝和超聲波頻率的選擇，同時其機械設備在運行時產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驗室內利用檢測儀器對油樣的粘度、閃點、水分、酸值、金屬磨粒等理化指標進行檢測分析的方法。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，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、操作過程復雜、只用于實驗室測量，不適合對油液的快速在線檢測。
[0007]在線鐵譜儀技術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。它能夠判斷出油液中磨損顆粒的大小和性質類型。但是定量鐵譜有其不準確性，磨粒分析主要依賴操作者的知識水平和實踐經驗，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。

【發明內容】

[0009]根據上述提出的技術問題，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。本發明主要利用微流控技術、光電效應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，從而達到為分離后的油液分析提供參考價值，快速進行在線檢測的目的。
[0010]本發明采用的技術手段如下:
[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置微流控芯片主體和基板;所述微流控芯片主體上設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有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設置于所述主通道兩側的分離通道；
[0013]供電模塊，與安放在所述電極安放通道內的檢測電極相連通，通過調整供電模塊電壓大小改變檢測區域電場強度；
[0014]微量注射栗，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區真空度；
[0015]led紫外燈，設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整電場強度，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。根據光電效應原理，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，當該樣品油液通過檢測區域時，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生不同的運動軌跡的，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行適當的選擇，確保能夠激發油液中的金屬顆粒，同時在整個實驗過程中都必須保持光照。
[0017]進一步地，所述主通道包括設置于所述主通道端部的用于潤滑油樣品投樣的進液孔和設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]進一步地，所述檢測電極分別放置在所述主通道兩側，兩個所述檢測電極為規格相同的圓柱銅棒。
[0019]進一步地，所述分離通道通過改變所述檢測電極的正負極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設有分離孔。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，分離通道的具體數量以及尺寸大小可以根據實驗的實際情況進行改動。
[0020]本發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，形成預設的真空度；
[0022]S2、同時打開led紫外燈的開關，用移液器向進液孔處滴加適量的油液樣品；
[0023]S3、當油液樣品流經主通道進入檢測電極放置的檢測口時，通過調整供電模塊的電壓大小調整檢測區域的電場強度，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動方向，隨著油液樣品流向廢液孔，完成檢測。
[0024]與現有的技術相比，本技術擁有以下的優點:
[0025]1.由于本發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，相關的檢測設備體積小，相對于大型貴重的檢測設備，本發明具有結構簡單、操作容易以及便攜化等特點。
[0026]2.本發明所采用的技術和原理簡單，克服了設備復雜，效率低等缺點，同時微流體通道設計簡便，具有很強的實際操作性。
[0027]3.本發明采用光電效應激發油液中的金屬顆粒，是一種非常簡便、快捷的使金屬顆粒帶上電的方式。
[0028]基于上述理由本發明可實現低成本、簡單、快速地進行在線檢測，可在潤滑油液檢測等領域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為本發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構示意圖；
[0031 ]圖2為本發明微流控檢測芯片的結構示意圖；
[0032]圖中:1、進液孔，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。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明所采用的技術方案、目的和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例附圖對本發明做進一步的描述。顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[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上還設有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設置于所述主通道兩側的分離通道;所述主通道包括設置于所述主通道端部的用于潤滑油樣品投樣的進液孔I和設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，兩個所述檢測電極為規格相同的圓柱銅棒。所述分離通道通過改變所述檢測電極的正負極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設有分離孔。
[0036]供電模塊11，與安放在所述電極安放通道內的檢測電極相連通，通過調整供電模塊11電壓大小改變檢測區域電場強度；
[0037]微量注射栗12，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區真空度；
[0038]led紫外燈14，設置于所述微流控芯片13的正上方。
[0039]本發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，形成預設的真空度；
[0041]S2、同時打開led紫外燈14的開關，用移液器向進液孔I處滴加適量的油液樣品；
[0042]S3、當油液樣品流經主通道進入檢測電極放置的檢測口時，通過調整供電模塊11的電壓大小調整檢測區域的電場強度，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動方向，隨著油液樣品流向廢液孔8，完成檢測。
[0043]實施例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的結構示意圖，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；另一條是對稱設置在主通道兩側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)，以及設置在主通道尾端的廢液孔8。
[0046]結合圖1和圖2說明本發明實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，在整個檢測過程中led紫外燈14 一直是保持開著狀態。用移液器往油液樣品進液孔I處滴加適量的油液樣品，因為此時廢液孔8處是一個相對的低壓，滴入進液孔I的油液樣品就會緩慢地在主通道中流動。當該油液樣品流經檢測口時，因為此時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調整檢測區域的電場強度，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是不一樣的，他們受到的電場力也會有區另Ij，因此它們流向分離通道時的運動軌跡也是不一樣的，可以根據這個來區分金屬顆粒。而非金屬顆粒不會受到電場力的作用而保持原來的運動方向，隨著油液流向廢液孔8。
[0048]本發明實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、光電效應原理和電場作用原理上提出來的，所用到的技術和原理比較簡單，且該檢測裝置的設備比較簡單，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分以及金屬顆粒之間的區分提供了一種新的檢測方法。
[0049]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
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置微流控芯片主體和基板;所述微流控芯片主體上設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有貫穿所述主通道的電極安放通道以及多條對稱設置于所述主通道兩側的分離通道； 供電模塊，與安放在所述電極安放通道內的檢測電極相連通，通過調整供電模塊電壓大小改變檢測區域電場強度； 微量注射栗，與所述主通道尾端相通，用于保持廢液區真空度； led紫外燈，設置于所述微流控芯片的正上方。2.根據權利要求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:所述主通道包括設置于所述主通道端部的用于潤滑油樣品投樣的進液孔和設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.根據權利要求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，兩個所述檢測電極為規格相同的圓柱銅棒。4.根據權利要求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極交換使用上下兩排分離通道，所述分離通道尾端設有分離孔。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，形成預設的真空度； S2、同時打開led紫外燈的開關，用移液器向進液孔處滴加適量的油液樣品； S3、當油液樣品流經主通道進入檢測電極放置的檢測口時，通過調整供電模塊的電壓大小調整檢測區域的電場強度，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