利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的系统及
方法
技术领域
背景技术
[0002] 1928年Dirac在求解相对论性的电子运动的Dirac方程时预言正电子的存在，1932年Andersan在威尔逊
云室研究
宇宙射线时发现了正电子。正电子是人类发现的第一个反粒子，它与电子除电荷符号相反外，其他性质都相同。正电子进入物质在短时间内迅速慢化到
热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没产生γ
光子，利用正电子湮没
辐射带出物质内部的微观结构、电子动量分布及
缺陷状态等信息，从而实现对物质的无损检测。
[0003] 目前，正电子湮没技术已经进入
生物学、化学和医学等诸多领域。特别是材料科学研究中，正电子对微观缺陷研究和
相变研究正发挥着日益重大的作用。但在无损检测领域正电子湮没技术的应用尚且空白，尤其在更未涉及对液压油有无气泡以及液压件是否渗漏的检测。
[0004] 液压系统主要用于传递动
力和运动，其主要由液压件和液压油组成。设备在运行过程中，油液中的
泡沫会造成假油位、润滑不良并
加速油品
氧化，因此对液压油中是否有气泡进行实时检测就具有重要意义。而液压件的渗漏影响着系统工作的安全性、会造成油液的浪费、增加机器的停工时间、降低生产效率、增加生产成本，甚至会对产品造成污损，所以检测和控制液压件的渗漏就显得尤为重要。
[0005] 目前，并没有对液压油中是否有气泡进行实时检测的方法，而主要在使用之前通过检测液压油的抗泡沫性来判断液压油的品质。此外，对于液压件渗漏最常用的检测方法是监测并计算液压系统的流量，但是，使用该方法时若想做到对渗漏点的准确
定位就需要安装大量的流量
传感器，而高
精度的流量传感器价格昂贵，且流量传感器会给液压系统带来压力损失，影响系统的静态特性。
发明内容
[0006] 发明目的：为解决
现有技术的不足，提出一种利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的系统及方法，通过正电子液中的核素探针对液压系统中的液压油和液压件进行实时的三维成像，检测液压油是否有气泡以及液压件是否发生渗漏。
[0007] 技术方案：本发明的一种利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的系统，包括待测液压件、液压油注入及排出系统和γ光子探测及成像设备，所述待测液压件上设有液压油注入口和液压油排出口，所述液压油注入及排出系统用于实现带有核素标记的液压油在液压件中的注入和排出，所述γ光子探测及成像设备用于对液压件及其内部液压油进行γ探测及成像处理。
[0008] 优选的，所述液压油注入及排出系统包括
放射性核素活度计、管路、正电子液储液器和密闭废弃物罐。
[0009] 另一
实施例中，一种利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的方法，包括以下步骤：
[0010] (1)将具有活度的
放射性核素与载体
溶剂按预定比例充分混合，制备得到带有核素标记的载体溶剂；
[0011] (2)向待测液压件中注入带有核素标记的载体溶剂，使其充满整个待测液压件；
[0012] (3)通过γ光子探测及成像设备探测并记录γ光子，利用计算机求解图像
像素与γ光子数之间关系的数学模型，对待测液压件及其内部带有核素标记的载体溶剂进行静态2D成像；
[0013] (4)重构带有核素标记的载体溶剂及待测液压件空间几何形状的3D图像，从而判断液压油有无气泡以及液压件是否发生渗漏。
[0014] 优选的，所述载体溶剂为液压油，放射性核素为18F-BTE。
[0015] 进一步的，所述步骤(3)中的数学模型为最大似然估计数学模型。
[0016] 进一步的，所述γ光子为放射性核素在衰变过程中发射正电子，同时其与电子发生湮没事件，产生的一对互成180°的中性γ光子对。
[0017] 有益效果：目前，工业上对于液压油的检测主要是在使用之前对液压油进行抗泡沫性检测；工业上对于液压件渗漏最常用的检测方法是监测并计算液压系统的流量。目前对于液压油是否产生泡沫与液压件是否发生渗漏的检测方法都存在很大的局限性，与现有技术相比，本发明的利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的方法具有以下几方面的优势：
[0018] (1)液压油是否产生泡沫的检测：液压油的抗泡沫性检测主要是在使用之前判断液压油的泡沫倾向性和泡沫
稳定性，而不同在液压系统运行过程中实时的检测液压油是否产生泡沫。而本发明基于正电子湮没原理，以液压油为载体，将具有活度的放射性核素18F-BTE与液压油充分混合，制备带有核素标记的液压油，通过γ光子探测及成像设备实时检测液压系统中的液压油是否产生泡沫并通过3D图像直观地展现出来。
[0019] (2)液压件是否发生渗漏的检测：对于液压件是否发生渗漏最常用的检测方法是监测并计算液压系统的流量，该方法具有检测参量直接、原理简单和检测精度较高等优点，但只能检测出某一液压系统整体上是否发生渗漏，若要做到较为准确的定位需要将系统分解，逐级安装流量传感器，而高精度的流量传感器价格昂贵，同时流量传感器会给系统带来压力损失，影响系统的动态性能。而本发明利用正电子湮没原理，结合γ光子探测及成像设备不需要对液压件安装任何传感器，通过放射性核素对液压油进行标记，利用γ光子探测设备检测放射性核素衰减产生的γ光子并利用成像设备便可以通过图像直接观察到液压件是否发生渗漏并且可以对渗漏点和渗漏带进行准确的定位。
[0020] (3)本发明所检测的对象为液压件，当其内部不含液压油时，利用现有的工业X光机就能够对其空腔进行检测及成像，但是当液压系统工作时，其内部充满液压油，此时在工业X光机上呈现出来的图像中液压油与液压件内部的空腔无法分辨，当液压油渗漏进入液压件内部空腔时，我们并不能在图像上看出空腔内部是否含有液压油，由此我们并不能根据图像准确判断出液压件是否发生渗漏，所以用工业X光机对液压系统内液压件是否发生渗漏进行检测是不合适的。同样地，对于液压油中微小的气泡，在工业X光机的成像设备上也无法清晰地展现出来，因此我们也无法通过其图像判断液压油中有无气泡，所以用工业X光机对液压系统内液压油中有无气泡进行检测也是不合适的。而本发明所使用的基于正电子湮没原理的检测方法就能够有效地解决这些问题，在其成像设备上我们能够明显地观察到液压件内部空腔中是否含有液压油以及液压油中是否含有气泡。
[0021] (4)放射性核素在衰变过程中发射正电子，同时其与电子发生湮没事件，产生一对互成180°的中性γ光子对，该对光子的穿透能力极强，穿透200mm厚的
铝材
能量才衰减到1％，以这对光子作为液压油是否产生气泡以及液压件是否发生渗漏的信息载体，可以不受
温度、压强、
电场、
磁场等外界因素的干扰，即使在很苛刻的条件下也能够完成检测。
[0022] (5)基于正电子湮没原理的检测方法，其正电子的放射性核素和载体溶剂可以根据零件的要求针对性的定制，本发明以液压油为载体溶剂，以18F-BTE为放射性核素，进行液压油是否产生气泡以及液压件是否发生渗漏的检测。
附图说明
[0023] 图1是本发明方法的检测过程示意图；
[0024] 图2是放射性核素β+衰变产生正电子原理图；
[0025] 图3是3D打印的待测液压件模型结构示意图；
[0026] 图4是对待测液压件内腔灌注正电子液检测结果图。
具体实施方式
[0027] 为使本发明的目的，技术方案及效果更加清晰，下面将结合附图对本发明进行进一步的解释说明。
[0028] 本发明提供的一种利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的系统及方法，该系统包括待测液压件，液压油注入及排出系统，γ光子探测及成像设备；其中，待测液压件的左端及底部分别有正电子液注入口和正电子液排出口；液压油注入及排出系统置于壁厚3㎝的铅室中，其包括放射性核素活度计、管路、正电子液储液器和密闭废弃物罐，主要用于实现带有核素标记的液压油在液压件中的注入和排出；γ光子探测及成像设备用于对密闭容器内液压油及液压件进行γ探测及成像处理。
[0029] 如图1所示，利用正电子湮没技术检测液压油气泡及液压件渗漏的方法，包括以下步骤：
[0030] (1)以液压油为载体溶剂，将具有活度的放射性核素18F-BTE与液压油按适当比例充分混合，制备得到带有核素标记的液压油。
[0031] 由于放射性核素可溶于油类溶剂，包括
润滑油、机油、液压油、
燃料等，本发明所针对的液压系统主要使用液压油，所以本发明实施例以液压系统的工作介质液压油为载体溶剂，以18F-BTE作为放射性核素，将两者按适当的比例混合制备得到带有核素标记的液压油，其中放射性核素由医用回旋加速器系统制备得到。选择放射性核素种类的主要依据是检测所需要的时间，根据检测时间的长短选择
半衰期适合的放射性核素。
[0032] 放射性核素选择的标准是：(1)放射性核素能够溶于载体溶剂；(2)放射性核素不与载体溶剂发生化学反应而改变载体溶剂的成分；(3)制备得到的带有核素标记的载体溶剂不会与待测零件发生化学反应而
腐蚀待测零件。
[0033] (2)向液压件中注入带有核素标记的液压油，使其充满整个液压件。
[0034] 液压件封闭后，启动液压件注入和排出系统，使带有核素标记的液压油注入口电磁
阀处于导通状态，此时液压油排出口
电磁阀处于关闭状态，使带有核素标记的液压油充满整个液压件内部。当液压件完全浸没在液压油中后关闭液压油注入口的电磁阀。
[0035] (3)从图2中可以看出，放射性核素在衰变过程中发射正电子，同时其与电子发生湮没事件，产生一对互成180°的中性γ光子对。我们可以通过γ光子探测及成像设备探测并记录γ光子，利用计算机求解图像像素与γ光子数之间关系的数学模型，对液压油及液压件进行静态2D成像。
[0036]
原子核发生衰变这一过程通常是符合泊松分布的，那么对于一个像素来说，其衰变并释放出正电子的过程中也是符合泊松分布的，因此，如果这个像素
亮度越亮就会释放出越多的正电子，其期望也就越高。从而，我们可以通过最大似然估计数学模型得到实际产生的γ光子数与设备探测到的γ光子之间的关系。我们利用傅叶重建
算法求解上述数学模型得到液压油及液压件的2D图像。
[0037] (4)利用光线投射法将得到的2D图像还原成带有核素标记的液压油及待测液压件空间几何形状的3D图像，从而判断液压油有无气泡以及液压件是否发生渗漏。
[0038] 在成像设备上可以看出，当液压油中存在气泡时，液压油在图像中的灰度值与气泡的灰度值有明显区别，由此我们可以对液压油中有无气泡进行相应的无损检测。
[0039] 液压系统中存在一些空腔，这些空腔中不应该有液压油存在，γ光子探测及成像设备所成的图像上液压油与液压件内部空腔所成的3D图像中的灰度值是不相同的，因此若液压件发生渗漏进入空腔，我们可以从成像设备上明显地观察到空腔中的液压油，由此我们可以对液压件是否发生渗漏进行相应的无损检测。
[0040] 例如，γ光子探测及成像设备所成的图像上，气泡是黑色，而液压油是白色的，空腔应该是黑色的，但是如果发生渗漏空腔会变成白色。故我们可以对液压油中有无气泡以及液压件是否发生渗漏进行相应的无损检测。
[0041] 图3是3D打印的待测液压件模型结构示意图，图中，正电子液由待测液压件1上的正电子液注入口2注入待测液压件内部的环形管腔3，其中正电子液排出口图中未示出。若该环形管腔内部不存在裂缝，即不会发生渗漏，那么我们可以在γ光子探测及成像设备上观察到一个无任何多余部分的环形。图4为对待测液压件内腔灌注正电子液检测结果图。该待测液压件(
复合材料块)是通
过热熔融堆积式3D打印的方式制作完成，但由于热熔融堆积式3D打印的零件在堆积层与层之间会产生微小的裂缝，正电子液会从图4中的渗漏处4不断渗透进这些细小的缝隙中，放射性核素在其中不断发生湮没事件，形成图4所示的渗漏区5，通过γ光子探测及成像设备可对这些细小的渗漏点或者渗漏带进行精确的定位并成像。该图中只截取了一个半圆环进行了示意，图中6是环形管腔内壁。
[0042] 可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的
权利要求的保护范围。
