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专利摘要

一种基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，属于润滑状态超声监测领域。本发明针对现有超声波反射系数幅值方法的油膜厚度测量上限问题。首先使摩擦基体a和摩擦基体b之间的间隙为空气层，采集摩擦基体a与空气层界面的超声波反射信号作为参考信号；然后在摩擦基体a和摩擦基体b之间添加润滑油形成油膜层，采集摩擦基体a与油膜层界面的超声波反射信号作为油膜反射信号；对参考信号和油膜反射信号分别进行傅里叶变换，计算得到油膜层反射系数；提取反射系数的实部信息，得到反射系数实部；根据反射系数实部和超声波信号中心频率计算获得油膜层厚度。本发明方法可将油膜厚度测量上限提高数十微米，并实现更高的油膜厚度测量精度。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210258307.6
申请日期:
2022-03-16
专利申请人:
["哈尔滨工业大学","北京动力机械研究所"]
分类号:
G01B17/02 ; G01S15/02
发明/设计人:
古乐，贺彦博，汪剑云，张传伟，王黎钦，李宛蓉，汤华
权利要求: 1.一种基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于包括，将超声波换能器设置在摩擦基体a的上表面；采用脉冲收发器发出周期性脉冲对超声波换能器进行激励，使超声波换能器发出具有预设宽度的超声波信号；首先使摩擦基体a和摩擦基体b之间的间隙为空气层，采集摩擦基体a与空气层界面的超声波反射信号，作为参考信号；然后在摩擦基体a和摩擦基体b之间添加润滑油形成油膜层，采集摩擦基体a与油膜层界面的超声波反射信号，作为油膜反射信号；对参考信号和油膜反射信号分别进行傅里叶变换，根据变换结果计算得到油膜层反射系数；提取反射系数的实部信息，得到反射系数实部；根据反射系数实部和超声波信号中心频率计算获得油膜层厚度。2.根据权利要求1所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，所述油膜层反射系数的计算方法包括：式中，R为频域内油膜层反射系数，B(t)为时域内油膜反射信号，T(t)为时域内参考信号；表示傅里叶变换，作用为将信号从时域转换至频域。3.根据权利要求2所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，所述油膜层厚度远小于超声半波长。4.根据权利要求3所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，提取反射系数的实部信息，得到反射系数实部的过程包括：超声波信号在摩擦基体a、油膜层和摩擦基体b形成的三层介质结构中传播时，超声波信号会在三层介质的分界面上发生反射与透射，频域内油膜层反射系数R表示为：式中z1为摩擦基体a的声阻抗，z3为摩擦基体b的声阻抗，f为超声波信号中心频率，h为油膜层厚度，ρ2为润滑油的密度，c2为润滑油的声速；提取频域内油膜层反射系数R的实部信息，得到反射系数实部：式中RRe为反射系数实部，z2为润滑油的声阻抗。5.根据权利要求4所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，对反射系数实部RRe的表达式进行变换，得到油膜层厚度h的表达式为：根据反射系数实部RRe和超声波信号中心频率f计算获得油膜层厚度h。6.根据权利要求5所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，所述超声波换能器发出超声波信号后，再接收超声波反射信号，并将超声波反射信号传输至脉冲收发器。7.根据权利要求6所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，脉冲收发器接收的超声波反射信号采用数据采集卡进行采集。8.根据权利要求7所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，所述摩擦基体b设置于宏微复合位移台上，宏微复合位移台用于调整摩擦基体a和摩擦基体b之间的油膜层厚度。9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于超声波反射系数实部的油膜厚度测量方法，其特征在于，油膜层厚度在0-100微米之间。