CN109470640A - 一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种基于可见‑近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，主要包括设置在探头外壳内的两个光源、两个光纤准直器、一个50:50分束镜、一个电路控制模块、一个吸光材料和一个二维码扫描模块。该检测探头实现出射光源窗口和采集光谱光线窗口的整合，窗口位于***型结构的枪口处，直接使枪口对准快速列车变速箱窗口即可得到变速箱润滑油中粘度指数、外观颜色、水分含量、铁含量、硅含量等多项指标。并且可以通过扫描二维码记录相应车厢润滑油状态。
Description
技术领域
本发明涉及光学、数据处理和高光谱技术领域，特别涉及一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头。
背景技术
关于润滑油状态检测问题，目前已有的方法和技术有：理化分析法、声学分析法、光谱分析法、铁谱分析法、光度分析法、电学分析法等，其中，理化分析法虽然精度高，但由于需取样化验，其检测时效性和不可接触性较差，不适合变速箱油液快检应用，声学分析虽然不可接触性较好，但检测指标多样性差；铁谱分析准确度也较好，但主要检测金属元素；光度分析法主要检测污染度和颗粒度指标；电学分析检测效果较好，但易受电磁干扰；综上所述，现有的方法要么时效性差，要么检测指标有限、要么易受干扰、要么成本较高，不适合润滑油实时在线监测。润滑油中蕴含了变速箱的机械磨损信息，所以润滑油工作状态与各种参数的影响关系得到了广泛关注，如变速箱润滑油污染度与水、铁、硅分含量的关系等。
随着我国快速列车技术的快速发展，快速列车的安全运行和故障预警成为重要问题。而快速列车变速箱驱动装置作为高速列车动力传动的核心部件，其工作状态直接影响高速列车运行。快速列车变速箱运动副速度高、载荷冲击大、工作温度范围宽，而运动副由于润滑故障导致接触面摩损、轴承磨损腐蚀甚至断裂、油温过高等成为快速列车运行中的典型故障模式。统计表明，由于润滑问题造成快速列车变速箱磨损失效占比高达60％-80％。所以快速列车变速箱中的润滑油污染程度直接影响快速列车变速箱的正常工作和使用寿命。故及时更换润滑油可以有效降低因变速箱故障而造成的事故发生率。但目前在线检测快速列车润滑油的污染程度并没有科学有效的手段，仅依靠运行里程和时间或者工人眼睛观看润滑油外观颜色来判断是否更换润滑油。从而造成润滑油的极大浪费或更换不及时造成变速箱磨损。
为避免润滑油的浪费和因更换润滑油不及时造成的变速箱磨损，我们提出一种润滑油多项指标检测光谱探头实时在线检测润滑油中粘度指数、外观颜色和水、铁、硅等污染物含量。本发明提出的一种基于可见-近红外吸收光谱的快速列车润滑油多指标检测探头可以实现方便快捷在线检测润滑油的功能。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于可见-近红外吸收光谱的快速列车变速变速箱润滑油多指标检测探头，主要包括设置在探头外壳内的两个光源、两个光纤准直器、一个50:50分束镜、一个吸光材料和一个二维码成像模块。
本发明提供一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，主要由以下部分组成：
一个设置于探头外壳内部的光源，该光源需提供可见光波段和近红外波段的光源并且体积较小。这样在探头工作时就无需额外提供光源，并且有效降低了干扰。
一个设置与探头顶部的照明光源，该光源提供人眼观察润滑油状态。
两个光纤准直器，一个用于内置光源的出射光准直，一个用于采集的测量光束聚焦。
一个50：50分束镜，该分束镜用于把光源出射光和采集的测量光束整合在一个观察窗口，从而减小对外部检测窗口的要求。
一个吸光材料，用于吸收50：50分束镜的分束出的无用的光，从而尽可能减少杂散光的影响。
一个二维码扫描模块，用于记录变速箱编号信息。
所述探头外壳为人体工学设计的***型外壳，便于手握测量。
所述内置光源可以采用卤素灯、氙灯等包含可见光波段和近红外波段的任意光源。
所述光纤准直器和50：50分束镜镀膜需满足可见光和近红外波段的工作范围，即350nm-2000nm。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，外形采用人体工学设计便于手持检测；该探头可以实现快速列车变速箱润滑油中粘度指数、外观颜色和水、铁、硅等污染物含量的定量检测，以确定是否应该更换润滑油，既确保了快速列车运行安全又避免了因频繁更换润滑油造成的浪费；此外该探头可以把变速箱编号信息和该变速箱润滑油状态信息对应存储，便于对特定变速变速箱中润滑油状态跟踪检测。
附图说明
图1是本发明的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头结构图；
图2是本发明的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头采集的润滑油和光源的反射光谱曲线示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于可见-近红外吸收光谱的快速列车润滑油多指标检测探头，如图1所示该探头主要包括设置在***型外壳1内的一个光源2、两个光纤准直器3和6、一个50：50分束镜4和一个二维码扫描模块9，以及辅助部件照明装置9、照明装置开关11、二维码扫描模块开关12、润滑油检测光谱检测开关13、一个吸光材料7和控制模块10。该检测探头实现出射光源窗口和采集测量光束窗口的整合，窗口5位于***型结构的枪口处，直接使枪口对准变速箱窗窗口即可得到相应润滑油中粘度指数、外观颜色、水、铁、硅含量等多项指标。并且可以通过扫描变速箱二维码记录相应车厢快速列车变速箱润滑油状态。
内置光源2设置在探头的手柄端，包含灯源底座21和发光器件22两个。此实例中，发光器件选用的是卤素灯。光源2出射的光经过光纤准直器3形成平行光，经过分束镜4后经窗口5照射进入待检测润滑油窗口。反射回的光线同样经窗口4进入探头，经分束镜反射进入下方的测量光束光线准直器6，测量光束经光纤传输至光谱探测模块14。从而采集出润滑油可见-近红外吸收光谱。
上述实例中，光纤准直器3和6为石英光纤，工作波段为330nm-2500nm。
上述实施例中，可见近红外模块可采集330nm-1700nm波段的光谱。
上述实施例中，除了光源和采集测量光束两部分外，还有一部分独立工作单元是二维码扫描模块9，该模块在照明装置8的辅助下完成快速列车变速变速箱上二维码的扫描，以完成采集光谱和快速列车变速变速箱的一一对应。
本发明的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头工作时直接用探头窗口对准待测变速箱窗口，保存测量的光谱数据，结合偏最小二乘回归算法或神经网络回归算法，回归计算出润滑油中水、铁、硅等污染物的含量。
图2为本发明基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头测得的部分润滑油光谱曲线示意图。最上面的实线为光源的反射曲线，下方虚线为测量的润滑油的光谱曲线。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，包括设置在探头外壳内的两个光源、两个光纤准直器、一个50：50分束镜、一个吸光材料和一个二维码扫描模块，以及两个光源和二维码扫描模块的控制电路模块等。
2.根据权利要求1所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，50：50的分束镜与光源经过光纤准直器输出的光束成45度夹角。
3.根据权利要求1或2所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，采用一个50：50分束镜实现出射光源窗口和采集光谱窗口的整合。
4.根据权利要求1所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，集成了二维码扫描模块，实现润滑油相关快速列车变速箱的快速记录和监控。
5.根据权利要求1所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，外形设计成***形式，外壳结构材料采用金属或树脂材料，轻便舒适便于手持检测。
6.根据权利要求1所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，集成的一个光源是包含可见光和近红外波段的任意光源，光源为卤素灯；另一个照明光源是包含可见光的任意光源，适用于人眼观察润滑油的状态。
7.根据权利要求1所述的基于可见-近红外吸收光谱的润滑油多指标检测探头，其特征在于，黑色吸光材料是吸收可见近红外波段的材料。
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