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交叉电容式微流体芯片的船机油液污染物检测方法研究
| 论文题名： | 交叉电容式微流体芯片的船机油液污染物检测方法研究 |
| 关键词： | 船舶油液;水分检测;空气检测;交叉电容式微流体芯片 |
| 摘要： | 随着我国“一带一路”战略的实施，航运事业持续蓬勃发展。船舶油液作为船舶机械工作介质对维持船舶机械设备正常运转具有重要意义。船舶油液通常指船用液压油和润滑油，对船舶油液进行健康状态监测可以有效预防机械故障，同时也是故障诊断的重要技术问题。 船舶油液中存在水分和空气会严重影响机械设备的运行，但目前对于油液中水分和空气的检测采用传统的平行板式电容传感器的办法，其在检测精度和通量等方面存在局限性。本文提出了一种新型的交叉电容式微流体芯片船舶油液污染检测传感器，它可以有效地区分检测油液中水分和空气污染物，同时具有误差源小、检测精度高、流道通量大等优点。本文的主要研究内容包括： （1）对油液中的水分检测和空气检测研究现状以及交叉电容理论作了详细介绍。分析了交叉电容式油液检测传感器对油液中水分和空气进行检测的工作原理，并对交叉电容式微流体芯片进行理论修正。 （2）运用COMSOL Multiphysics仿真软件对交叉电容式微流体芯片结构建模和有限元分析。探究了交叉电容的结构参数和检测激励对检测效果的影响，完成交叉电容式油液检测传感器的合理参数优化。通过控制变量法得出交叉电容的最佳轴向长度为0.1mm；交叉电容的孔径对检测精度影响最明显，通过仿真对比将交叉电容的直径设定为1mm，这也使通量大大提升；激励电压对检测效果不产生影响。通过实验分析，得出最佳激励频率为1.9MHz。 （3）在仿真结果的指导下制作微流体芯片以及搭建油液检测实验台，并探究制备含不同大小尺寸的水滴或气泡的实验油样的方法。对含各种水滴和气泡的油样进行油液检测，实验结果表明：随着实验油样内水滴或气泡直径的增大，交叉电容变化量也随之越大，其信噪比也呈现增长趋势。同时，交叉电容变化量与水滴、气泡的直径之间呈良好的线性关系，这与理论分析及仿真结果一致。 （4）探究了交叉电容式微流体芯片对于油液中水滴和气泡的检测下限。实验结果表明：对油液中的水滴检测下限为 130~140μm ，对油液中气泡的检测下限为160~170μm。这相较于传统的平行板电容式微流体芯片对于水滴和气泡的检测下限分别为180μm和240μm有了较大提升。 |
| 作者： | 郑文博 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张洪朋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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