[发明专利]一种全范围润滑膜厚度超声检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种全范围润滑膜厚度超声检测装置和方法，利用超声波在润滑层上声压反射系数的幅值谱和相位谱对不同范围润滑膜测量精度互补的特点，针对不同厚度范围的润滑膜，分别采用超声波在润滑层上声压反射系数的幅值谱和相位谱获得各范围润滑膜厚度的精确值，该方法能够通过单一中心频率的超声波传感器实现全范围润滑膜厚度的精确测量，能够为摩擦学元件润滑状态的在线监测提供便利。

技术领域

本发明属于润滑状态检测技术领域，具体涉及一种全范围润滑膜厚度超声检测装置及方法。

背景技术

轴承、齿轮、密封等摩擦学元件依靠润滑膜将相互运动的两个摩擦副表面隔开，避免摩擦副表面间的直接接触，其润滑状态决定了摩擦副的润滑性能、承载能力、运行平稳性和寿命等行为能力，是摩擦学元件的关键所在。摩擦学元件润滑膜厚度检测能够为润滑理论研究提供实证数据，并为摩擦学元件润滑状态监测提供定量化的信息，具有重要的理论和工程意义。

目前润滑膜厚检测方法主要有电测法、光测法和超声波法。其中，电测法需要传感器与润滑膜上下表面接触，会对摩檫学元件结构和润滑膜的形成产生破坏和干扰，是一种介入式方法；光测法则需要被测对象为透光材料或为传感器提供一个透明窗口，无法应用于实际金属材质摩擦学元件的润滑膜厚检测；超声波法由于超声波具有良好的直线传播特性和强穿透性，能够应用于实际金属材质摩檫学元件润滑膜厚的检测，是一种优良的非介入式膜厚检测手段，该膜厚检测技术近年来受到较多研究与应用。

润滑膜厚超声检测方法依据依据检测模型的不同分为超声波飞行时间法、超声波共振法、超声波弹簧模型法。不同的方法适合不同膜厚范围的检测，对于单个中心频率的传感器来说，其在超声波共振法与超声波弹簧模型法之间存在一个测不准区，在滑动轴承润滑膜厚度在线检测等应用场合，其润滑膜厚度范围从几微米到上百微米范围内变化，在传统单纯通过超声波在润滑层上声压反射系数幅值谱的检测方法中，采用单个中心频率传感器无法实现润滑膜检测范围的全覆盖精确测量。一种工程化的解决方法是在大型摩檫学元件紧邻的位置安装两个不同中心频率的超声波传感器，其中每个中心频率传感器对应不同的检测区域，两个不同中心频率传感器相互配合完成全范围润滑膜厚度的检测。然而，严格来说，该两个中心频率传感器的测量位置并不一致，将紧邻位置两测点处的膜厚作为同一测点的结果，这种方式在大型摩檫学元件应用中尚可接受，但在小型摩檫学元件润滑膜厚的在线监测中无疑会引入较大偏差。此外两个传感器配合完成全范围润滑膜厚度的检测必然会成倍地增加膜厚检测设备的成本。

因此，发展一种通过单一中心频率精确检测全范围润滑膜厚度的检测方法无论对于提高实际摩檫学元件润滑膜厚度的在线检测精度还是对于降低膜厚超声检测装置的成本都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种全范围润滑膜厚度的超声检测装置和方法，结合超声波在润滑层上声压反射系数的幅值谱和相位谱，充分利用超声波在润滑层上声压反射系数的幅值和相位对不同厚度范围润滑膜的敏感性互补的特点，实现润滑膜厚度全范围精确测量。

为了达到上述目的，一种全范围润滑膜厚度超声检测装置，包括超声波传感器，超声波传感器通过同轴电缆连接脉冲发射接收仪，脉冲发射接收仪通过同轴电缆连接示波器，示波器通过USB连接PC。

一种全范围润滑膜厚度超声检测方法，包括以下步骤：

步骤一，选择中心频率为10MHz的超声波压电元件作为超声波传感器，将其粘帖在摩檫学元件的背面；

步骤二，通过润滑膜厚度超声检测装置获得超声波在润滑层上声压反射系数幅值谱和相位谱。

步骤三，利用超声波在润滑层上的声压反射系数的幅值谱和相位谱，对于膜厚范围为0-10μm的润滑膜，利用超声波在润滑层上声压反射系数幅值谱，通过超声波弹簧模型法获得其精确膜厚值；对于膜厚范围为45μm～+∞的润滑膜，利用超声波在润滑层上声压反射系数幅值谱，通过超声波共振法获得其精确润滑膜厚值；