背景技術(shù)：

各類運(yùn)動設(shè)備例如航空器、發(fā)電機(jī)組等都會出現(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、污染度檢測、理化性能檢測等，對飛機(jī)的使用狀況實(shí)施動態(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躍遷而發(fā)射出不同特征譜線的原理，對油液中微粒進(jìn)行定量分析；原子吸收光譜是利用原子對具有一定特征譜線光的吸收來測量油中微粒的含量。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。鐵譜分析是利用高梯度強(qiáng)磁場的原理，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磨損顆粒的特征進(jìn)行觀察，從而對其進(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，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)。對于大顆粒的檢測，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)對潤滑油中大小磨損顆粒的成分及其含量的變化檢測，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可用于評估每個(gè)構(gòu)成元素的相對豐度，或監(jiān)測雜質(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相對于其他傳統(tǒng)分析手段具有很多優(yōu)勢。它幾乎能夠分析元素周期表中所有元素。

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

美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會（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)對航空發(fā)動機(jī)等機(jī)械系統(tǒng)的在用油液中的磨損顆粒進(jìn)行檢測，通過元素組成來實(shí)現(xiàn)對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。