[发明专利]一种检测流体磁性颗粒的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及设备状态检测和分析领域，尤其涉及基于流体中磁性颗粒成像，以获得磁性颗粒物理特性的检测流体磁性颗粒的装置与方法。

背景技术

检测流体磁性颗粒的技术原理是利用电感励磁方式产生磁力，吸附流体中的磁性颗粒，进行颗粒成像处理，以便检测颗粒的尺寸大小、浓度、形状、颜色、纹理等物理特性。

在现有的一些磁性颗粒检测装置中，例如公开号为CN103983543A的中国发明专利申请，其镜头和吸附部件分别设置在油液流道的两侧，调焦范围仅1.8倍，这就造成在获取油液颗粒时，由于光的折射或反射，油液中的气泡改变了原本光传递过程中单一均匀的介质，影响磁性颗粒的成像；此外，在检测不透明油液时，不透明油液本身会对成像产生阻碍作用。

光的折射与光的反射都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化。在实际应用中，主要考虑光的折射。光的入射角与折射角之间的关系，可以用斯涅尔定律(Snell's Law)来描述。斯涅尔定律表明，当光波从介质1传播到介质2时，假若两种介质的折射率不同，则会发生折射现像，其入射光和折射光都处于同一平面，称为入射平面，并且与界面法线的夹角满足如下关系：

n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂

其中，油液的折射率为1.3～1.5。如果镜头和吸附部件分别设置在流道的两侧，即光传输到镜头需要经过透光片、油液以及油液中的气泡至少三种介质。理想情况下，光从空气穿过均匀的透光片和油液，由上述斯涅耳定律公式可知，光的折射只跟透光片的折射率有关系；但实际情况中，油液中很可能混有气泡等成为不均匀的介质，光穿过气泡的曲面，会产生不同程度的反射和折射，使光线发散。这样获取的颗粒图像受到气泡的影响，在后续计算处理的过程中，对其形状、尺寸、纹理等物理特性检测和分析的精确度会有所影响。

另外，当光照射到油液时，一部分会被吸收，一部分被散射，另一部分直接穿过油液，根据Beel-Lambert定律，即一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的吸收介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其关系为：

其中，A代表吸光度，K是吸收系数或者摩尔吸收系数，l是吸收介质的厚度，c为吸收介质的浓度，I₀、I_t、T分别表示入射光的强度、透射光的强度和透射比。因此，镜头隔着浓度较高的有色油液所采集到的油液中磁性颗粒图像，会由于光强度的减弱而显得不清晰，甚至难以被用于后续处理。

另外，现有流体磁性颗粒检测装置的调焦范围只有1.8倍，也不利于获取清晰的图像，更无法对颗粒的纹理进行观察和分析。由放大率和光学路径长度、焦距的关系有：

其中，Γ为总放大率，△为光学路径长度，f为焦距，负号表示获取的图像为倒像。因此，按照现有技术要实现调焦范围的扩大，需要增大装置的体积，更换更加昂贵的镜头。这无疑会增加装置的成本，减少设备适宜使用的场合。

发明内容

本发明为了解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种检测流体磁性颗粒的装置与方法，消除了流体中气泡对磁性颗粒成像的影响，能检测流体中磁性颗粒的数量、形状、纹理和尺寸。

本发明检测流体磁性颗粒的装置，采用如下技术方案来实现：一种检测流体磁性颗粒的装置，包括成像模块、吸附模块、控制模块、透光片及图像处理模块；成像模块、吸附模块及透光片设置在流体流道的同一侧；吸附模块与控制模块电连接，受控于控制模块而吸附或释放磁性颗粒；透光片固定在流体流道的上表面、位于成像模块的光路中心，透光片位于吸附模块通电后所产生的磁场中，吸附模块将磁性颗粒吸附到透光片下方；图像处理模块分别与成像模块、控制模块电连接，对成像模块输出的磁性颗粒的图像信号处理后上传给控制模块；控制模块对图像信号进行图像分析处理，得出磁性颗粒的物理特性数据。

所述吸附模块包括铁芯架、线圈和励磁吸附部件；励磁吸附部件固定在透光片的上表面，与透光片贴附；吸附部件与铁芯架连接，线圈缠绕在铁芯架上；所述控制模块控制线圈的通电和断电，使励磁吸附部件产生和失去磁力。

所述励磁吸附部件设有两组，铁芯架也设有两组，两组励磁吸附部件与两组铁芯架一一对应连接；两组励磁吸附部件以成像模块的光路中心为对称轴，对称设置在透光片上。