背景技術：

各類運動設備例如航空器、發電機組等都會出現不同形式的故障，其中磨損造成的故障很常見。在航空裝備中，由于機器零件摩擦副的相互作用，產生許多細小磨損顆粒，這些磨損顆粒在潤滑系統的作用下懸浮于航空油液中，磨損下來的顆粒蘊含著設備磨損狀態的重要信息，如果能有效地分析出這些磨損顆粒的種類、數量、成分及其變化規律，就可以判定機械零件摩擦副的磨損狀態。

航空油液監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，對飛機的使用狀況實施動態監控，提前預報和診斷故障，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、顆粒計數分析等。其中，光譜分析通常分為原子發射光譜分析和原子吸收光譜分析。原子發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射出不同特征譜線的原理，對油液中微粒進行定量分析；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，發射光譜的效率要高于吸收光譜，二者的分析精度都能達到10^-6(ppm)級。鐵譜分析是利用高梯度強磁場的原理，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行觀察，從而對其進行定性與定量分析。油品理化性能分析主要包括油液黏度、水分、總堿值、閃點、凝點、灰分、氧化、硝化、硫化、添加劑等性能檢測，通過該技術，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行分析。顆粒計數分析能夠對一定容量的油樣中所含固體顆粒按照粒度尺寸進行計數，由此得到油樣中與大小相關的顆粒數目，但顆粒計數器一般是適用于磨損速率低、磨損顆粒數量少的液壓系統或比較潔凈的潤滑油系統。

光譜分析技術是機械設備故障診斷、狀態監測中應用最早的最成功的現代技術之一，它可以有效地監測滑油系統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、精度高等優點。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)公司生產的MOA型與超譜(SPECTRO)公司生產的M型原子發射光譜分析儀。但是，上述光譜分析技術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備異常磨損狀態的重要指標。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，不僅能快速實現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。

激光誘導擊穿光譜（英語：Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS) 技術通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，進而對等離子體發射光譜進行分析以確定樣品的物質成分及含量。

超短脈沖激光聚焦后能量密度較高，可以將任何物態（固態、液態、氣態）的樣品激發形成等離子體，LIBS技術（原則上）可以分析任何物態的樣品，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形成等離子體后都會發出特征譜線，因此，LIBS可以分析大多數的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于評估每個構成元素的相對豐度，或監測雜質的存在。

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

LIBS相對于其他傳統分析手段具有很多優勢。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行檢測（無需抽真空）檢測速度快，等離子體持續時間較短，僅幾十μs每次檢測僅需幾秒鐘。

美國材料實驗協會（American Society of Testing Materials或ASTM）已經發布了類似方法，其中一個比較典型的標準ASTMD8182-18 Standard Test Method for Alloy Classification of Wear Debris using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) 基于激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術對磨損顆粒的合金分類技術。此標準主要闡述了采用LIBS技術對航空發動機等機械系統的在用油液中的磨損顆粒進行檢測，通過元素組成來實現對顆粒合金的分類從而實現顆粒不同部件的溯源分析。

美國應用光譜（Applied Spectra）由勞倫斯伯克利國家實驗室技術衍生公司開發出LA & LIBS儀器，在激光誘導擊穿光譜領域擁有強大技術優勢。