[发明专利]一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置

说明书

本发明的目的在于提供一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置，立柱分别与上定位板和底座相连，千分头固定在上定位板上，立柱内壁设置导轨，滑块安装在导轨上并与导轨相配合实现相对移动，千分头通过连杆连接滑块，冷却水箱位于台架内部，冷却水箱上安装圆管，超声波换能器的一端连接滑块，其另一端穿过圆管伸入至冷却水箱里，底座安装在气缸套上；冷却水箱里设置温度传感器，外部水箱的出水口通过电子调速泵连接冷却水箱的进水口，冷却水箱的出水口连通外部水箱的进水口，温度传感器和电子调速泵均连接温度流量控制系统，超声波换能器连接超声波发射与接收装置。本发明最小位移可达1μm级别；装置测量稳定，排除了温度对油膜厚度测量的影响。

技术领域

本发明涉及的是一种油膜测试装置，具体地说是气缸活塞环油膜测试装置。

背景技术

超声检测技术具有适用性广，探伤灵敏度高，检测深度大、使用方便和安全性好等优点，是目前应用最广泛、使用频度最高的无损检测技术之一。目前，国内已建立一支庞大而且优秀的超声检测专业队伍和科研队伍，超声检测的应用范围日益扩大，相关基础研究和应用技术研究正逐步深入，许多成果已达到或接近国外水平。

对超声波探测技术的研究最早开始在国外。1973年Tattersall H G.通过超声脉冲法进行粘结测试，若嵌入介质I内的介质Ⅱ与I相比是薄层，则介质Ⅱ可由轻质弹簧替换，1985年Jong-Ryul Park等主要研究介质厚度、超声波频率和介质声阻抗对超声波脉冲回波方法测量液体膜厚度的影响。2004年R.S.Dwyer-Joyce和B.W.Drinkwater等分别对油膜厚度进行测量。分析不同理论测量方法适用的润滑油膜厚度范围，并设计了用于静态和动态油膜层的测量装置。

随后几年，Bruce W.Drinkwater研究团队对超声测量法做了进一步研究。2005年，Jie Zhang,Bruce W.Drinkwater等针对超声波技术缺乏校准程序的缺点，探讨润滑油膜厚度超声测量技术的校准，促进了超声测量技术的发展。2008年，他们对超声传感器线性阵列进行研究，并将垂直入射扩展到任何角度的斜入射超声波测量，对厚度为2～9μm的油膜进行了实验且测量精度较高。Hunter A J和Drinkwater B W研究了无损检测中自动聚焦问题，并利用超声阵列对复杂的几何形状进行了评估。

2011年，D.Gasni,M.K.Wan Ibrahim,R.S.Dwyer-Joyce研究了弹簧模型中粗糙表面接触时反射系数与刚度关系，得出反射系数不是直接与实际接触的面积有关，而是取决于表面接触微凸体的个数、形状和分布。同年Dwyer-Joyce.R.S研究了弹性流体动力润滑中边界润滑或混合润滑时超声膜厚测量机理，且通过实验对其进行验证。

国内学者对超声测量方法也进行了研究发展。2001年张锐等人在反射传递函数的基础上，提出频域定征方法和反向算法对弹性单层介质的声速、厚度和密度等参数进行定征。2007年，卢黎明研究利用脉冲发射法测量液体滑动轴承的油膜厚度，实验获得的结果与理论结果相符。2009年，焦敬品，张强等人研究了超声波在三层介质中的传播和影响反射系数的各种因素。对此方法进行实验分析，得到两侧介质材料改变对液体层厚度测量没有影响和测量结果只与被测层的材料性质有关的结论。2010年唐伟坤发表了题为“利用反射系数测量油膜厚度的研究”的文章。2013年申洪苗分析了超声波频率、超声波入射角度和润滑剂膜厚对反射系数的影响规律。

以上所述的测量方法所使用的装置，虽然可以比较准确的测出油膜厚度，但仍有一定的局限性。无论安装测量方式还是工作环境，都有一定的改进空间。而且超声波换能器工作环境温度要求较为严格，要避免温度变化造成的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供最小位移量可小至1μm，从而提升测量结果数据可靠性和精确性的一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置。

本发明的目的是这样实现的：