液压油污染度的在线监测技术

　　1 前言

　　液压技术在工程上的广泛应用与发展使油液污染度监测技术日益重要。对液压系统而言，76% 的故障是由于油液及其污染造成的，油液污染是液压系统失效的最重要根源^[1]。液压油污染的主要来源有: 机械内部的摩擦副在工作中磨损产生磨损颗粒; 油液在使用过程中，随着其功能下降而产生的胶结、油泥; 工作环境的杂质入侵。

　　2 检测方法

　　为了防止油液污染引起的失效和故障，通常根据机械的使用时间更换液压油或滤清器。但是这种做法未考虑在用中的油液品质，也未考虑油液的实际使用工况，因而过早更换会造成浪费，过晚更换会引发故障。液压油的品质用污染度等级表达，其检测方法包含光谱分析、颗粒计数、称重法等。使用上述方法时，虽然检测精度高、信息量大，但他们的共同缺点是离线检测，检测时间长，设备成本高，不利于机械的早期故障诊断。

　　合适的油液污染检测思路为: 使用成本较低的在线监测技术，虽然精度可能会稍差一些，但可为机械早期损坏监测提供第一手信息; 在线监测报警后，提取油液试样再使用离线检测设备分析油液受污染程度，以确定液压油的更换时间。在诸多在线监测技术中，使用光散射法的设备具有成本低，精度较高的特点。

　　3 光散射法监测原理

　　光源发出的光，通过介质后，由于介质吸收光能量，介质分子运动能量增加，光能量减少，同时由于介质对光散射，因而光强度会减弱^[2]。根据 Beer Lam-bert 定律可得光线的入射光强与出射光强的表达式:

　　式中，I为出射光强，I0为入射光强，τ为衰减系数，L为介质厚度。

　　式( 1) 中，衰减系数与光强无关，但与介质所含颗粒的浓度，物理形貌及其对光的折射率有关。

　　4 监测系统设计

　　为了监测液压油的污染程度，首先界定污染极限值。一旦将其确定后，即可根据工作现场的机械使用情况，使用清洁油液配制达到污染极限值的污染油液，并检测出其出射光强。通过对被测油液与清洁油液，被测油液与污染油液的对比分析可得在用的被测油液的污染状况，其测量系统示意如图1 所示。

　　图1 表明，监测系统包括光源、分光器、监测油液、光探测器、数据采集、信号处理、显示器部分。由于同时使用清洁油液和制备的已知污染度的污染油液作为参考，因此使用双参考定义此监测系统。实际使用中，3 种油液均布置于长度相同的石英玻璃管内，其中被测油液需从机械上引出后，再回流至机械内。双参考监测系统的原理为，光源发出的光经过分光器后形成3 个支路，分别通过光纤、透镜后引入到清洁油液、被测油液和污染油液区。光通过上述监测油液后，未被吸收或未被散射的光再次经过透镜、光纤后传输至光探测器。3 个光探测器分别将接收到的光信号转变为电信号后输出给数据采集部分，最后信号处理部分对电信号进行存储、滤波、比较后显示结果。如果被测油液与清洁油液的光强差值超过污染油液与清洁油液的光强差值，则报警。