Vol.20 No.2 马飞等：激光测油液污染度的原理及其测定装置 ·179· 比尔(Beer)指出：在溶液中，溶液的吸收系数k,与其浓度C成正比，即 k=ac (3) 其中，a为与浓度无关的常数，它只决定于吸收物质 的分子特性.由式(2)，(3)得 I=be-acx (4) d 上式即比尔定律的数学表达式 比尔定律只有在物质分子的吸收本领不受它周 围邻近分子的影响时才是正确的.当浓度很大时，分 子间的相互影响不可忽略，此时比尔定律不成立所 图1光的吸收 以，朗伯定律始终是成立的，但比尔定律有时并不成立 对于油液来说，其成分是相当复杂的.它不仅含有多种有机化合物和为改变油液性能而 加入的各种添加剂，而且其中还往往夹杂有固体颗粒和氧化生成物.因此油液既非溶液，比尔 定律在此不成立，又非均匀介质，当光直射时，不仅存在着吸收，还存在着散射 为此，在非均匀介质中（如污染的油液），考虑到光的散射失去一部分能量，需对式(2)进 行修正，得下式 I=e伙+x=ea (5) 其中，k、为散射系数，k为总的衰减系数.式(5)也就是在非均匀介质中朗伯定律的数学表达 式.对于油液来说，k主要与油液的污染程度及其颜色有关，在人射光和液层厚度一定的情况 下，通过测定透射光强度的大小便可得知油液的污染程度. 2测定装置的研究 2.1光源的选择 光的色散使光的穿透能力减弱，介质的吸收增加，为此在油液污染的检测中，要选用单色 性较好的光源.由于激光具有高方向性、高亮度性、高单色性和相干性等优点，因此选用激光 作为此测定装置的光源 2.2光波长及发光管功率的选取 由于吸收系数是波长的函数，所以选取合适的光波长，是保证测定精度的前提.光波长的 选取主要考虑：(1)对油液中固体颗粒污染物要敏感；(2)在所选光波长附近，油液对光的吸收 要基本保持不变，即为一般吸收：(3)考虑到激光管的功率，选定波长的光在油液中衰减要小， 一般情况下，液压油中固体颗粒污染物的尺寸大多分布在5~30μm之间，因此此尺寸段 内的固体颗粒为最危险污染物，要使所选波长的光对这些污染物敏感根据光的吸收和散射 理论，最好选择光波长为0.5~5μm. 为此，配制了型号各异的油样，在光波长0.5~5μm范围内，利用Hatachi340 Record- ing Spectro--photometer测试各自的透光率曲线，如图2.图2(a)为5种油样在光波长0.4~l.0μ m范围内的透光率曲线，图2(b)为在光波长1.0~2.2μm范围内的透光率曲线.从整体上来 看：图2中5种油样的透光率特性曲线形状具有相似性，这是油液的共同性质决定的；透光率 随光波长的变化规律，证明吸收系数是波长的函数；曲线起始点位置的不同与油样颜色、添加V o l . 2 0 N 6 . 2 马飞等 :激光测油液污染度的原理及 其测定装置 比尔 ( B e )r 指 出 : 在溶液 中 , 气 = a C 溶液 的吸 收系数 k 。与其浓度 c 成 正 比 , 即 ( 3 ) 其中 , a 为 与浓度无 关 的常数 , 它只决定 于吸收物 质 的分 子特性 . 由式 ( 2) , ( 3) 得 I = oI e 一 “ cx 石 ( 4 ) 上式 即比尔定律 的数学表达 式 e . 比尔定律 只有在 物质分 子的吸 收本领不受 它周 围邻近分 子的影 响时 才是正 确的 . 当浓 度很大 时 , 分 子 间 的相 互 影 响不可 忽略 , 此 时 比尔定律不 成立 . 所 圈 1 光的吸收 以 , 朗伯定律始 终是 成立 的 , 但比尔定律有时并不成 立 . 对于 油 液来说 , 其成 分是 相 当复杂的 . 它 不仅含有 多种 有机 化合物 和为 改变 油 液性 能而 加 人 的各 种 添加 剂 , 而 且其中还往往 夹杂有 固体颗 粒和 氧化生 成物 . 因此 油液 既非 溶液 , 比尔 定律 在此 不成 立 , 又 非均 匀介质 , 当光直射 时 , 不仅存在着 吸收 , 还存在着 散射 . 为此 , 在 非均 匀介 质 中 (如 污染 的油液 ) , 考虑 到光 的散 射失 去一 部分 能量 , 需对 式 (2) 进 行修正 , 得下 式 z = e0I 一 火 + 幻 x = oI e 一 h ( 5 ) 其中 , k s为 散射系数 , k 为总的衰减 系数 . 式 ( 5) 也就 是 在非均匀 介质中朗伯定 律的数学 表达 式 . 对于油 液来说 , k 主要 与油 液的污 染程度及其颜色有关 , 在人 射光 和液 层厚 度一 定 的情况 下 , 通过 测定透射光强度的大 小便可得 知油液的污染程 度 . 2 测定装置的研究 2 . 1 光源 的选择 光 的 色散使光 的穿透 能力减 弱 , 介质 的吸收增加 , 为此在 油液 污染 的检测 中 , 要 选用 单色 性较 好 的光 源 . 由于 激光具 有 高方 向性 、 高亮度 性 、 高单 色性 和相 干性 等 优点 , 因此选 用激 光 作为此 测定装置 的光 源 . .2 2 光 波长及发光管功率的选取 由于 吸收 系数是波长的 函数 , 所 以 选取合适 的光 波 长 , 是保证测 定精度 的 前提 . 光波 长 的 选取 主要 考虑 : l( ) 对油 液 中固体颗粒 污染物要 敏感 ; (2) 在所 选光波 长 附近 , 油液 对光 的吸 收 要基本保持 不变 , 即为一般 吸收 ; (3) 考 虑到激光 管 的功率 , 选定波 长 的光 在油 液 中衰减要小 . 一 般情 况下 , 液压 油 中固体颗粒污 染物 的尺寸大 多分布 在 5 一 30 “ m 之间 , 因此此 尺寸段 内 的固体 颗粒 为最 危 险污染 物 , 要 使所 选波 长 的光 对这些 污 染 物敏感 . 根据 光 的吸 收和 散射 理论 , 最 好选择光波 长为 0 . 5 一 5 卜.m 为 此 , 配制 了型 号各 异 的油 样 , 在 光 波 长 0 . 5 一 5 “ m 范 围 内 , 利用 aH act ih 34 0 eR co dr - in g S pe c -otr hP o ot me etr 测试 各 自的透 光率曲线 , 如 图 2 . 图 2( a) 为 5 种 油样 在光波 长 .0 4 一 1 . 0 卜 m 范围 内的 透光 率曲线 , 图 2( b) 为在 光 波 长 1 . 0 一 .2 2 卜m 范 围 内的透 光 率曲线 . 从整 体上来 看 : 图 2 中 5 种油样 的透光 率特 性 曲线 形状具 有相 似性 , 这是油 液的共同性质决 定的 ; 透光率 随光 波长 的变化规律 , 证 明吸 收系数是 波长 的 函数 ; 曲线起始 点位置 的不 同与 油样颜 色 、 添加