光散射颗粒计数传感器的设计与研究

摘要

随着现代科技的进步，很多领域对不同工作介质清洁度的测量的准确性和可靠性的要求不断提高。现在对液体介质尤其是油液中颗粒污染的测量技术不尽相同，目前应用比较广泛的测量方法有沉降法、光衍射法、电感应法、光阻法、光散射法等。各种不同的颗粒测量技术在日益改进和发展，其中光散射法结合了激光技术、光电转换技术、电子电路技术和计算机编程技术，光散射法具有检测速度快、颗粒粒径测量范围广、可靠性好、智能化高等优点，并已经成为最有潜力和发展前景的颗粒检测技术。 本论文是在光散射理论基础上对传统光散射颗粒计数传感器进行设计和改进，主要分为以下三个部分： 1、基于 Mie 散射理论的算法，借助 Matlab 软件的编程讨论了液压油中不同材料的颗粒对应的折射率和消光系数以及尺度参数之间的关系，并对 Mie 散射的特点进行了分析。比较了近前向散射光收集结构和直角方向散射光收集结构这两种散射光收集形式，并分别把入射光是偏振光和自然光的情况作对比，在入射光光强相同的条件下计算出光散射颗粒计数传感器的两种常用的散射光收集结构的通光量。 2、介绍了光散射颗粒计数器的电路设计和电路中的噪声计算，说明了光散射颗粒计数器软件部分的设计，包括油液在线系统的总体设计和颗粒计数模块的设计方法，通过借助光学显微镜观察油液中颗粒粒径大小和测 量购买的标定液中标准球形颗粒输出的电压值，拟合出颗粒粒径和输出电压的对应关系曲线，同时介绍了在PCB电路板设计中防止电磁干扰的方法。通过借助Arduino开发板设计平台，把通过实验测得的颗粒粒径和输出电压之间的关系用程序编写出来，不仅实现了对液压系统中污染油液存在的颗粒进行实时在线检测，还实现了记录和存贮功能，把检测到的数据及时上传到总机中，对后期的处理分析提供了可靠的数据信息资源。 3、介绍了光散射颗粒计数器的工作原理，比较了不同形式的散射光收集结构，以及颗粒计数器油路部分的设计和颗粒计数器的主要参数的计算，通过对油路部分的改进，增加了旋转叶片使油液带动颗粒产生旋转，能够更加精准地测量出颗粒粒径，减少和避免了由单侧光测量带来的误差。另外通过对油液在不同油路截面处的流场分析和FLUENT的模拟仿真，计算出不同截面处流场的压强和速度，并且模拟仿真出加入颗粒后，颗粒在油路中的运动形态。

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