中文摘要：

实时状态检测对现代交通运输业、制造业和国防工业中的高速旋转机械和往复式机械的维护保养，以及使用寿命的延长有着重要的意义。项目申请人提出一种基于微流体器技术的全新高速传感器，通过检测润滑油中的磨损颗粒来对旋转机械或往复式机械进行状态监测。项目申请人将与合作单位一起，探索和研究1)利用表面声波驻波微型颗粒分离技术以提高传感器精度;2)基于电感COULTER传感机理的多通道传感和信号调制技术以实现实时快速测量。为实现此目标，申请人将与合作单位一起，通过实验测量、理论分析与数值模拟的有机结合，探索微尺度流体通道内下固液两相流动及颗粒相分离特性，发展新的微流体基本理论及实用技术，并建立在微流体环境下电信号的传感及调制解调系统,为该领域的理论体技术创新，以及该种新传感器的应用，提供基础理论和通用传感平台。

结论摘要：

对尺寸范围在20微米至150微米的微小金属磨削颗粒进行高通量在线检测，对识别非正常的机械磨损和预测可能发生的机械故障而言至关重要。长期以来，我们一直致力对潜在机械故障信号进行检测的工作。研究中，我们验证了一种对润滑油中的微尺度磨削颗粒进行检测的概念性感应脉冲/库尔特计数传感器。这种传感器基于谐振频率的分频复用理念和RLC谐振电路，具有多路复用、多通道等特点。在这种传感器中，每一个感应线圈都和一个特定的外部电容相连，进而形成一个有着特定谐振频率的平行LC回路。对这个传感器只需一个由和四路通道响应频率相近的频率组成的正弦信号进行激励，便可以得到一个复合的电压响应信号，从而实现多通道测量。由于每路检测通道在其谐振频率附近都会有一个峰值出现，因而可以通过在每一个谐振频率附近获得一个高信噪比的频谱，进而得到每一路通道单独的检测信号。而后可以通过对每一路信号的计算得到每一个检测通路的感应变化。RLC谐振技术的使用大大提高了传感器的灵敏度，从而可以测到小至同类传感器无法测到的20微米磨削颗粒。我们的研究显示，通过谐振频率分频复用技术可以仅仅使用一组测量电子元件对润滑油中的磨削颗粒进行同时检测，另外，对于一个设计成多路的传感器，其测量通量可以相应地提高多倍。因而这种谐振频率分频复用概念可以被用于大通量、多通路对润滑油磨损颗粒进行检测的传感器中，对旋转机械和往复式机械的实时在线检测有着非常重要的意义。为了获得高灵敏度、高动态量程的检测，润滑油中的磨削颗粒在进入与其尺寸相对应的检测通道之前需要进行基于尺寸的分离。结合惯性升力和离心力，我们研究出了一种用于被动式颗粒分离的微通道，这种微通道由一系列分布于通道两侧的对应尖角结构组成。我们使用7.32微米和15.5微米的聚苯乙烯颗粒进行通道分离性能的测试，发现我们设计的微通道到可以实现这两种颗粒的完全分离。通过结合颗粒分离微通道和多路复用、多通道感应脉冲/库尔特计数传感器，将可以实现对润滑油中的磨削颗粒的实时在线检测，从而被用于对机械状态的监测。