[发明专利]一种在线实时磁性颗粒监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线实时磁性颗粒监测系统，属于质量称重传感器领域。

背景技术

机器设备比如飞机发动机需要手持式铁量仪就地检查设备的状态。比如飞机在将落后准备再次起飞前，需要监测发动机润滑油中的磁性颗粒，比如铁磁颗粒浓度。一般当飞机发动机润滑油中的铁磁颗粒达到5PPM，就需要更换润滑油。很多实验室设备可以测量到如此低的浓度，但是在线式的实时铁量仪具有方便，操作简单，实时监测的优势。

铁量仪的传感器使用声波传感器比如石英微天平。石英晶体微天平(QCM)最基本的原理是利用了石英晶体的压电效应：石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形，若在晶片的两侧施加机械压力，会使晶格的电荷中心发生偏移而极化，则在晶片相应的方向上将产生电场；反之，若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振。它其实与LC回路的谐振现象十分相似：当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，一般约几个PF到几十PF；当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般L的值为几十mH到几百mH。由此就构成了石英晶体微天平的振荡器，电路的振荡频率等于石英晶体振荡片的谐振频率，再通过主机将测得的谐振频率转化为电信号输出。由于晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

1959年Sauerbrey在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM的金电极表面的条件下，得出了QCM的谐振频率变化与外加质量成正比的结论。对于刚性沉积物，晶体振荡频率变化△F正比于工作电极上沉积物的质量改变△M。通过这一关系式可得到QCM电极表面的质量变化。

QCM主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器的基本构成大致是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶体振荡片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

质量秤重传感器被广泛应用于颗粒称量，化学及生物传感器。石英振荡天平就是一种质量秤重传感器。石英称重天平的灵敏度是从Sauerbrey方程得来，石英振荡天平频率变化值△F和质量变化值△M有如下的关系：△F＝C_f·△M，其中△F为石英天平观察到的称重物质前后频率变化值，△M为石英天平观察到的称重物质前后质量变化值，C_f为石英天平称量物质质量时的恒定系数。从上述公式上看，QCM的灵敏度是由C_f决定的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更高的灵敏度及稳定度的在线实时磁性颗粒监测系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种在线实时磁性颗粒监测系统，包括封装好的质量称重传感器，石英传感器晶片、铬镀层、金镀层及磁铁，所述质量称重传感器的内部设有石英振荡电路，所述石英振荡电路的两个电极分别设置在所述石英传感器晶片的上下两面，所述石英传感器晶片设置在所述质量称重传感器的顶部，所述石英传感器晶片的上表面和下表面分别镀有一层铬镀层，所述铬镀层的表面上镀有一层金镀层，所述磁铁封装在所述传感器内部，且能在所述质量称重传感器内移动，所述石英传感器晶片正上方的所述铬镀层及所述金镀层构成敏感镀层。

本发明的有益效果是：

本发明具有更高的灵敏度及稳定度及较短的测试时间，而且结构简单，使用方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述磁铁所吸附的磁性颗粒位于所述敏感镀层的表面，所述磁铁所吸附的磁性颗粒由有机磁性材料或者无机物质制成。

进一步，所述无机物质为金属元素及金属合金。

所述金属单质为铁、钴或镍。所述金属合金为铁合金、钴合金或镍合金。