具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请实施例提供了一种黏度传感器装置及黏度测量方法，可以应用于对油液的黏度测试中，实现宽量程的技术效果；该黏度传感器装置包括在液体环境中工作的谐振单元，谐振单元包括振动执行机构和振动检测机构，可以基于双振动模式对油液进行测量，使得振子沿圆平膜片的法线或切线方向振动，振子沿圆平膜片的法线振动时为剪切周围液体，振子沿圆平膜片的切线振动时为移动一定体积的液体；从而，该黏度传感器装置利用振子不同的谐振模式测量油液的黏度，并采取回差控制方式在所述两种振动模式下进行切换，进而可有效达到宽量程的测量，实现提高传感器量程的技术效果。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种黏度传感器装置的结构示意图，该黏度传感器装置包括振动执行机构100和振动检测机构。

示例性地，振动执行机构100包括振动转换元件110、圆平膜片120和振子130，振动转换元件110设置在圆平膜片120的第一面，振子130设置在圆平膜片120的第二面，振子130沿圆平膜片120的法线或切线方向振动。

示例性地，振动检测机构包括振动检测电路，振动检测电路与振动转换元件110连接。

示例性地，黏度传感器装置包括谐振单元，所述谐振单元包括振动执行机构100和振动检测机构；其中，振动执行机构包括施加振动的振动转换元件110，将振动转换元件110与液体环境隔离的圆平膜片120，以及与圆平膜片120相连接的振子130；由振动转换元件110将振动通过圆平膜片120施加在振子130上，从而振子130以振动感受所处液体环境中的变化，并通过振动检测机构检测振子的测量信号。所述振动检测机构包括振动检测电路，由振动检测电路对测量信号进行处理，从而可得到液体的黏度信息。

示例性地，振动转换元件110可以接收激励信号，使自身进行振动；在振动转换元件110没有激励信号输入时，振动转换元件110可以将振子130的振动信号转换为电信号，传输至振动检测电路；从而，实现由振动检测电路对测量信号进行处理，进而可得到液体的黏度信息。

在一些实施方式中，该黏度传感器装置包括在液体环境中工作的谐振单元，谐振单元包括振动执行机构100和振动检测机构，可以基于双振动模式对油液进行测量，使得振子130沿圆平膜片120的法线或切线方向振动，振子130沿圆平膜片120的法线振动时为剪切周围液体，振子130沿圆平膜片120的切线振动时为移动一定体积的液体；从而，该黏度传感器装置利用振子130不同的谐振模式测量油液的黏度，并采取回差控制方式在所述两种振动模式下进行切换，进而可有效达到宽量程的测量，实现提高传感器量程的技术效果。

在一些实施方式中，振动检测电路包括第一信号传输线210和第二信号传输线220，第一信号传输线210和第二信号传输线220分别与振动转换元件110连接。

示例性地，第一振动模式和第二振动模式这两种振动模式分时工作，当工作在其中一种振动模式时，第一信号传输线210和第二信号传输线220两根信号传输线共同传输信号；在振动转换元件110处于不同的振动模式时，通过两根信号传输线进行信号的传输，两种振动模式的分时工作，可以避免不同振动模式下信号的相互干扰，从而提高测量的准确性。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种黏度传感器装置的结构示意图。

示例性地，该黏度传感器装置还包括第一外壳140，振动转换元件110安装在第一外壳140的内部。

示例性地，振动转换元件110安装在第一外壳140的内部，通过第一外壳140和圆平膜片120共同将振动转换元件110与外界的液体环境隔离，保证振动转换元件110不受液体的侵蚀，从而保证振动转换元件110的稳定性和可靠性。

示例性地，该黏度传感器装置还包括连接器150，连接器150分别连接振动检测电路、振动转换元件110。

示例性地，振动转换元件110通过连接器150，与外界进行信号传输。

示例性地，该黏度传感器装置还包括第二外壳160，第二外壳160安装在第一外壳140的一侧外表面上，连接器150安装在第二外壳160内。

示例性地，第二外壳160与第一外壳140气密性连接，从而保证连接器150和振动转换元件110与外界的液体环境隔离，保证连接器150和振动转换元件110不受液体的侵蚀。

示例性地，该黏度传感器装置还包括保护罩170，保护罩170设置于第一外壳140的另一侧外表面上，振子130安装在保护罩170内。

示例性地，保护罩170用于保护振子130。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的第一振动模式下黏度传感器的振动示意图。

示例性地，振子130垂直于圆平膜片120的表面，振动转换元件110工作在第一谐振模式时，驱动圆平膜片120沿圆平膜片120的切线方向振动。

示例性地，在第一振动模式下，黏度传感器沿圆平膜片120的切线方向振动，此时黏度传感器为移动一定体积的液体；如图3所示，第一振动模式下黏度传感器沿X轴的方向振动。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的第二振动模式下黏度传感器的振动示意图。

示例性地，振动转换元件110工作在第二谐振模式时，驱动圆平膜片120沿圆平膜片120的法线方向振动。

示例性地，在第二振动模式下，黏度传感器沿圆平膜片120的法线方向振动，此时黏度传感器为剪切一定体积的液体；如图4所示，第二振动模式下黏度传感器沿Z轴的方向振动。

请参见图5，图5为本申请实施例提供的一种黏度测量方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

S110：驱动圆平膜片沿圆平膜片的切线方向振动，获得第一黏度测量值。

S120：判断第一黏度测量值是否大于第一黏度预设值。

S130：若是，标记第一黏度测量值为真，结束测量或进行下一次测量。

S140：若否，驱动圆平膜片沿圆平膜片的法线方向振动，获得第二黏度测量值。

示例性地，利用第一谐振模式，即驱动圆平膜片沿圆平膜片的切线方向振动，用于测量高黏度的油液，从而使黏度测量结果更加准确。

请参见图6，图6为本申请实施例提供的另一种黏度测量方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

S210：驱动圆平膜片沿圆平膜片的法线方向振动，获得第二黏度测量值。

S220：判断第二黏度测量值是否小于第二黏度预设值。

S230：若是，标记第二黏度测量值为真，结束测量或进行下一次测量。

S240：若否，驱动圆平膜片沿圆平膜片的切线方向振动，获得第三黏度测量值。

示例性地，利用第二谐振模式，即驱动圆平膜片沿圆平膜片的法线方向振动，用于测量低黏度的油液，从而使黏度测量结果更加准确。

在一些实施方式中，本申请实施例提供的一种黏度传感器装置，使用步骤如下：

步骤一：将该黏度传感器装置放置在待测液体环境中，液面应完全淹没黏度传感器的振动执行机构；

步骤二：对待测液体进行黏度测量，由于黏度随温度变化较为明显，若测量过程中温度发生变化，黏度也必然发生变化，温度升高时，黏度也会随之降低，黏度从高黏范围降低到低黏度范围时，黏度传感器则从第一振动模式切换到第二振动模式，从而使测量更加准确；反之，则从第二振动模式切换到第一振动模式；

例如，在进行黏度测量时，可首先采用第一谐振模式测量，将测量所得的第一黏度测量值与第一黏度预设值进行比较，若第一黏度测量值大于第一黏度预设值，则仍然采用第一谐振模式进行测量，若测得第一黏度测量值小于等于第一黏度预设值，则采用第二谐振模式进行测量；若在第二谐振模式测量时，所得第二黏度测量值小于第二黏度预设值，则仍然采用第二谐振模式进行测量，若第二黏度测量值大于等于第二黏度预设值，则采用第一谐振模式进行测量；其中，第一黏度预设值和第二黏度预设值不相同，可以防止液体黏度在第一黏度预设值处上下波动时，造成振动模式的频繁切换。

可选地，第一黏度预设值为120cSt，第二黏度预设值为150cSt；

步骤三：测量结束，在步骤二中选取振动模式后，可以将测量标记置“0”，以结束黏度传感器的测量。

示例性地，黏度传感器在液体环境中分第一谐振模式和第二谐振模式，振子130在黏度传感器的信号作用下工作在谐振状态，在液体环境中进行自由振动时受到阻尼效应的影响，通过对振动信号的检测和振动检测机构建立的振动模型，可以计算所测液体的黏度信息。

示例性地，黏度传感器的激励信号使振动进入第一振动模式，测量其当前阻尼振动模式下的振幅减缩率，所述振幅减缩率是在同一方向上，两个相邻的振幅之比，记为α，而振幅减缩率的自然对数称为对数减幅系数，以δ表示；在第一振动模式下，黏度计算公式如下：

其中，μ是液体动力黏度，k是振子的等效刚度，m是振子的有效质量，l是振子长度，π是圆周率，A为振子的面积，ρ_l是液体密度,是振子的体积质量密度，F是振子的横截面积，E是振子的弹性模量，I₀是振子的截面惯性矩，δ是对数减幅系数，δ＝lnα，α是振幅减缩率。从公式可知，液体黏度随对数减幅系数的增加而增大。

当待测液体的黏度减小到低黏范围，则启动黏度传感器的激励信号，使黏度传感器的振动进入第二振动模式，测量其当前阻尼振动模式下的振幅减缩率，所述振幅减缩率是在同一方向上，两个相邻的振幅之比，以α表示，而振幅减缩率的自然对数称为对数减幅系数，以δ表示。其中，圆平膜片的半径为R(m)，厚度为H(m)，材料的弹性模量为E(Pa)，材料的泊松比为μ；在第二振动模式下，黏度计算公式如下：

其中，η液体动力黏度，k_e是圆平膜片的等效刚度，m_e是圆平膜片的等效质量，A_e是圆平膜片的等效面积，ρ_l是液体密度，π是圆周率，δ是对数减幅系数，δ＝lnα，α是振幅减缩率。从公式可知，液体黏度随对数减幅系数的增加而增大。

在一些实施场景中，使用该黏度传感器的步骤流程如下：

1)使用可程式高低温试验箱控制温度的变化和恒定，并用多通道信号采集器将黏度传感器的测量信息传输到上位机；

2)在烧杯中放置220cSt的齿轮油，齿轮油的用量以刚好淹没黏度传感器探头为宜；

3)经测定，测量用油40℃时的黏度为211.9cSt，100℃时的黏度为18.34cSt，根据Walther方程：l_gl_g(v+0.7)＝A-Bl_g(T+273.15)，计算得A＝8.88385586,B＝3.41258374(其中，v为运动黏度；T为摄氏温度；通过测定40℃和100℃对应的黏度值，确定常数A和B)；

4)选取3个黏度点进行测量，分别为120cSt、150cSt、600cSt，其中黏度值120cSt为第一预设黏度值,黏度值150cSt为第二预设黏度值，经Walther方程计算120cSt、150cSt、600cSt黏度点对应的温度分别为50.4℃、46.1℃、24.2℃；

5)由所述可程式高低温试验箱在24.2℃恒温1小时，逐渐升温到46.1℃并恒定1小时，然后逐渐升温到50.4℃并恒定1小时，所述黏度传感器首先以第一谐振模式测量，所测黏度值＞120cSt，此时仍以第一谐振模式进行测量；当升温至46.1℃时，所测黏度值＞120cSt，所述黏度传感器仍以第一谐振模式进行测量；当升温至50.4℃时，所测黏度值≤120cSt，所述黏度传感器则以第二谐振模式进行测量。

6)由所述可程式高低温试验箱在50.4℃恒温1小时，逐渐降温到46.1℃并恒定1小时，然后逐渐降温到24.2℃并恒定1小时，所述黏度传感器在50.4℃测得黏度值＜150cSt，则仍以第二谐振模式进行测量；当降温到46.1℃时，所述黏度传感器测得黏度值≥150cSt，所述黏度传感器则以第一谐振模式进行测量；当降温到24.2℃时，所述黏度传感器测得黏度值≥150cSt，则仍以第一谐振模式进行测量；

7)该黏度传感器以空气中的测量状态表示黏度值0cSt，所述黏度传感器的振子130在具有黏度的液体环境中以阻尼模式进行振动测量，当液体黏度特别大时，所述振子130的振动状态将很微弱，此时视为所述传感器的测量上限，特别地，可改变所述传感器的激励信号，增大施加在振动执行机构上的能量，进而增加所述黏度传感器的测量上限。

需要注意的是，本申请实施例的目的在于进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的要求范围内，各种替换和修改都是可能的，因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容。

在本申请所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。