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1. 主要作者与机构
本研究由Sumit Paul（通讯作者）、Wolfgang Legner、Angelika Krenkow、Gerhard Müller（均来自德国EADS Innovation Works）、Thierry Letertais、Francois Pradat（法国EADS Innovation Works）以及Delphine Hertens（法国Airbus Operations S.A.S.）合作完成，发表于2010年的《International Journal of Aerospace Engineering》（Volume 2010, Article ID 156281），DOI:10.1155/2010/156281。

2. 学术背景
科学领域：本研究属于航空工程与化学传感技术的交叉领域，聚焦于航空液压流体的化学污染监测。
研究动机：磷酸酯基（phosphate-ester）航空液压流体具有吸湿性（hygroscopic），其化学性质易受操作条件影响，导致寿命难以预测。若流体降解未被及时发现，可能引发液压系统机械故障（如飞行控制、起落架等关键部件损坏），造成经济损失甚至灾难性后果。传统离线检测方法需取样送实验室分析，耗时长（数天），无法实现实时监控。
研究目标：开发一种基于非色散红外（NDIR, nondispersive infrared）光学吸收技术的在线传感器，实时监测液压流体的水分含量（0–1.5%）和总酸值（TAN, total acid number, 0–1 mgKOH/g），以预测流体寿命并优化维护计划。

3. 研究流程与方法
研究对象与样本：
- 主要测试流体为商用航空液压油Skydrol LD-4，同时对比了HyJet IV、HyJet A+和Skydrol 500B-4等其他磷酸酯基流体。
- 人工制备不同污染程度的样本：
- 水分污染：添加0.2%–1.5%的水分；
- 酸降解：通过加热（200°C，8小时）加速水解反应，生成酒精和磷酸，模拟实际液压系统中的热应力（Joule heating）。

实验方法：
1. 红外光谱分析：
- 使用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测量流体在波数3100–3700 cm⁻¹范围内的O–H键伸缩振动带。
- 纯水在3500 cm⁻¹处有特征吸收峰，而水解产物（如丁醇、苯酚）的吸收峰红移至更低波数（如3250 cm⁻¹）。
- 通过吸收峰强度与不对称性量化水分含量和TAN。

1. 传感器原型开发：
   
   • 光学设计：采用MEMS红外发射器（Intex Inc.）和四通道热电堆阵列（Micro-Hybrid Electronic GmbH），分别对应四个滤光片窗口（3322 cm⁻¹、3480 cm⁻¹、3663 cm⁻¹、3875 cm⁻¹）。
     
   • 机械结构：流体通道宽0.2 mm，两侧为蓝宝石窗口，材料为聚醚醚酮（PEEK, polyaryl-ether-ether-ketone）以耐受高压。
     
   • 电子系统：发射器以2 kHz交流驱动，避免电迁移；信号通过LabVIEW软件处理，计算各通道透射率差异（δV = V₃₆₆₀ – V₃₃₂₀）与水分/酸度的关系。
     

数据分析：
- 水分含量通过Lambert-Beer定律建模：
V₃₄₈₀ = 0.587·exp(−2.10·C_H₂O)
- TAN值通过对数模型拟合（0 < TAN ≤ 1 mgKOH/g）：
TAN = (1/4.772)·ln(δV / 64.7×10⁻³)

4. 主要结果
1. 水分检测：
- FTIR显示，水分添加导致3500 cm⁻¹处吸收峰强度线性增加（图2），且不同流体（Skydrol LD-4、HyJet V等）的响应一致性高（图6）。
- 传感器原型在0–1.5%水分范围内灵敏度符合预期（图11）。

1. 酸降解监测：

   • 加热后，O–H吸收带向低波数偏移（图3），不对称性（δV）与TAN值呈对数关系（图12）。
     
   • 苯酚添加实验（图4）证实低波数吸收峰源于水解生成的酒精，而非酸本身，说明传感器间接反映酸降解产物。
     

2. 健康状态图（Health Plot）：

   • 通过绘制V₃₄₈₀（水分）与δV（酸度）的二维关系（图13），可直观区分流体状态：
     
     • 健康：高V₃₄₈₀且δV≈0；
       
     • 需再生：低V₃₄₈₀（高水分）；
       
     • 需更换：高δV（高酸度）。
       

5. 结论与价值
- 科学价值：首次证明NDIR技术可通过O–H键光谱特征区分水分与水解产物，为化学传感领域提供了新方法。
- 应用价值：
- 实现液压流体的在线监测，避免传统离线检测的延误；
- 支持预测性维护，减少航空公司非计划停飞损失。
- 局限性：TAN检测上限（1 mgKOH/g）低于航空标准（1.5 mgKOH/g），需进一步优化光学路径。

6. 研究亮点
1. 创新方法：将NDIR技术应用于高压液压系统，开发无需取样的在线传感器。
2. 多流体兼容性：验证了不同磷酸酯基流体的光谱响应一致性（图6），增强技术普适性。
3. 工程化设计：采用MEMS热电堆和蓝宝石窗口，兼顾成本与可靠性，适合航空环境。

7. 其他
- 研究受空客（Airbus）、欧洲直升机公司（Eurocopter）及欧盟FP6项目“Superskysense”资助。
- 未来计划将传感器集成至实际飞机液压系统（耐受200–400 bar压力）。