背景技術(shù)：

各類運(yùn)動(dòng)設(shè)備例如航空器、發(fā)電機(jī)組等都會(huì)出現(xiàn)不同形式的故障，其中磨損造成的故障很常見。在航空裝備中，由于機(jī)器零件摩擦副的相互作用，產(chǎn)生許多細(xì)小磨損顆粒，這些磨損顆粒在潤滑系統(tǒng)的作用下懸浮于航空油液中，磨損下來的顆粒蘊(yùn)含著設(shè)備磨損狀態(tài)的重要信息，如果能有效地分析出這些磨損顆粒的種類、數(shù)量、成分及其變化規(guī)律，就可以判定機(jī)械零件摩擦副的磨損狀態(tài)。

航空油液監(jiān)控是以油液分析為手段，通過在用油液的磨粒檢測(cè)、污染度檢測(cè)、理化性能檢測(cè)等，對(duì)飛機(jī)的使用狀況實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提前預(yù)報(bào)和診斷故障，提高航空裝備的可靠性和維修水平。

目前，常用的航空油液分析方法主要有：光譜分析、鐵譜分析、油品理化性能分析、油濾分析、磁塞分析、顆粒計(jì)數(shù)分析等。其中，光譜分析通常分為原子發(fā)射光譜分析和原子吸收光譜分析。原子發(fā)射光譜是利用原子在外界能量作用下，由于其核外電子的能級(jí)躍遷而發(fā)射出不同特征譜線的原理，對(duì)油液中微粒進(jìn)行定量分析；原子吸收光譜是利用原子對(duì)具有一定特征譜線光的吸收來測(cè)量油中微粒的含量。前者一次可以同時(shí)分析出近30種不同元素的濃度，而后者一次只能分析出一種元素的濃度。顯然，發(fā)射光譜的效率要高于吸收光譜，二者的分析精度都能達(dá)到10^-6(ppm)級(jí)。鐵譜分析是利用高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)的原理，將潤滑油中的磨損顆粒分離出來，這些磨粒按一定的規(guī)律排列在譜片上，然后通過鐵譜顯微鏡對(duì)磨損顆粒的特征進(jìn)行觀察，從而對(duì)其進(jìn)行定性與定量分析。油品理化性能分析主要包括油液黏度、水分、總堿值、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、灰分、氧化、硝化、硫化、添加劑等性能檢測(cè)，通過該技術(shù)，可以有效延長在用油的換油期限。油濾分析指的是定期檢測(cè)油濾，并將油濾上的碎屑清洗下來，作定性和定量分析，獲得碎屑的形貌和來源信息。磁塞分析通過把磁性柱塞插入潤滑油油路中或者直接放在油箱中，用來吸附潤滑油中的磁性顆粒，定期將磁鐵取出，對(duì)其吸附的磁性顆粒進(jìn)行分析。顆粒計(jì)數(shù)分析能夠?qū)σ欢ㄈ萘康挠蜆又兴腆w顆粒按照粒度尺寸進(jìn)行計(jì)數(shù)，由此得到油樣中與大小相關(guān)的顆粒數(shù)目，但顆粒計(jì)數(shù)器一般是適用于磨損速率低、磨損顆粒數(shù)量少的液壓系統(tǒng)或比較潔凈的潤滑油系統(tǒng)。

光譜分析技術(shù)是機(jī)械設(shè)備故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最早的最成功的現(xiàn)代技術(shù)之一，它可以有效地監(jiān)測(cè)滑油系統(tǒng)中潤滑油所含磨損顆粒的成分及其含量的變化，具有分析速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。例如FLAAS、GFAAS、RDE-AES、ICP-AES等。目前我國廣泛使用的儀器有美國貝爾得(BAIRD)公司生產(chǎn)的MOA型與超譜(SPECTRO)公司生產(chǎn)的M型原子發(fā)射光譜分析儀。但是，上述光譜分析技術(shù)只能分析出潤滑油中顆粒尺寸較小的磨粒，通常顆粒直徑小于10μm，卻對(duì)大于10μm的顆粒不敏感，而這些大尺寸磨粒正是可以反映設(shè)備異常磨損狀態(tài)的重要指標(biāo)。對(duì)于大顆粒的檢測(cè)，目前使用最多的是X射線熒光光譜分析法，但該方法的分析成本較高，而且不能分析原子序數(shù)在10以下的元素，檢出限也不理想。

因此，一種航空油液中顆粒元素分析的新方法，不僅能快速實(shí)現(xiàn)對(duì)潤滑油中大小磨損顆粒的成分及其含量的變化檢測(cè)，還能降低分析成本。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（英語：Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS) 技術(shù)通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，進(jìn)而對(duì)等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析以確定樣品的物質(zhì)成分及含量。

超短脈沖激光聚焦后能量密度較高，可以將任何物態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）的樣品激發(fā)形成等離子體，LIBS技術(shù)（原則上）可以分析任何物態(tài)的樣品，僅受到激光的功率以及攝譜儀&檢測(cè)器的靈敏度和波長范圍的限制。再者，幾乎所有的元素被激發(fā)形成等離子體后都會(huì)發(fā)出特征譜線，因此，LIBS可以分析大多數(shù)的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于評(píng)估每個(gè)構(gòu)成元素的相對(duì)豐度，或監(jiān)測(cè)雜質(zhì)的存在。

LIBS技術(shù)簡介：初始形成一個(gè)高溫等離子體，隨后在樣品表面膨脹。在等離子體冷卻的初期（ < 200 ~ 300 nsec ）是連續(xù)發(fā)射光譜 (白光以及無用光) 隨后是非連續(xù)的原子發(fā)射譜線 (> 1 msec) 用于分析。

LIBS相對(duì)于其他傳統(tǒng)分析手段具有很多優(yōu)勢(shì)。它幾乎能夠分析元素周期表中所有元素。

對(duì)輕元素有很高的靈敏度，例如Li, Be, B, C, Na, Mg (~ ppm級(jí))；能夠分析有機(jī)元素，例如O, H, N；能夠很好地檢測(cè)過渡金屬元素 (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Hf, W, Mo, Zr, Ag, Cd, etc) (~ 10ppm級(jí))；一般在空氣氛圍下進(jìn)行檢測(cè)（無需抽真空）檢測(cè)速度快，等離子體持續(xù)時(shí)間較短，僅幾十μs每次檢測(cè)僅需幾秒鐘。

美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Society of Testing Materials或ASTM）已經(jīng)發(fā)布了類似方法，其中一個(gè)比較典型的標(biāo)準(zhǔn)ASTMD8182-18 Standard Test Method for Alloy Classification of Wear Debris using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) 基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)對(duì)磨損顆粒的合金分類技術(shù)。此標(biāo)準(zhǔn)主要闡述了采用LIBS技術(shù)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械系統(tǒng)的在用油液中的磨損顆粒進(jìn)行檢測(cè)，通過元素組成來實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒合金的分類從而實(shí)現(xiàn)顆粒不同部件的溯源分析。

美國應(yīng)用光譜（Applied Spectra）由勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室技術(shù)衍生公司開發(fā)出LA & LIBS儀器，在激光誘導(dǎo)擊穿光譜領(lǐng)域擁有強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。