[发明专利]油膜厚度的超声测量装置

说明书

技术领域

本发明公开了油膜厚度的超声测量装置，属于超声检测的技术领域。

背景技术

现代工业生产中，任意两相互接触的表面作相对运动时均会发生摩擦。为了减少接触表面间摩擦损耗，通常在两接触表面间加润滑剂。润滑剂可以是液体、气体，也可以是固体。良好的机械润滑不仅可以使机械效率提高，保证机械正常工作，还可以减少能源浪费。

根据相对运动零部件的工作条件及润滑油在摩擦面间所起作用，机械润滑通常分为流体润滑和边界润滑，其中流体润滑是机械润滑中常用的润滑方式。流体润滑通常是在两个相对运动的零部件间加入薄的流体层，从而生成能够承受一定压力的流体薄膜，将两个相互摩擦的表面完全隔离开，并利用薄膜的压力平衡摩擦零件所承受的负载。

流体润滑广泛的应用于齿轮、轴承、活塞和机械密封等装置中，润滑状态与润滑剂性能、油膜厚度及摩擦面形状等因素有关。判断机械设备润滑状态的主要依据是膜厚比，它是最小油膜厚度与表面粗糙度的比值。根据膜厚比的大小，润滑状态分为完全弹性流体动力润滑、部分弹性流体动力润滑和边界润滑。通常情况下为了使机械设备能够稳定可靠的运转，膜厚比应大于3。

随着工业技术的发展，机械设备普遍向高速、重载、高温方向发展。较高的表面比压、大的载荷冲击和表面间的线速度，都容易使零部件中的润滑油油膜变的很薄，极易破损。当油膜过薄时，摩擦面部分区域易处于干摩擦状态，表面温度随着磨损的加剧而升高，严重情况下将导致设备不能正常工作。然而当油膜过厚时，又容易导致机械设备承载能力下降，工作不稳定，出现漏油等现象。因此，为了避免油膜过薄过厚造成的影响，需要对机械关键设备的油膜厚度进行在线监测，随时了解设备的润滑状态。

超声工业检测技术是利用超声来进行各种检测和测量的技术。超声工业检测又包括了超声无损探伤和超声工业测量两个方面。对于超声工业测量，是利用待测的与介质特性和状态有关的非声学量来描述介质声学特性的超声量之间存在的关系，通过这些超声量的测定来分析介质的特性、评价介质质量和测出某些与工程有关的参量。

常规的超声测厚是通过测量介质上、下表面反射波的时间差及波速来计算，对于测量机械结构中油膜厚度，由于润滑膜厚度很薄，通常是微米级，上下两表面反射波的时间差相当微小，无法直接从时域波形中区分。所以对于实际工程中油膜厚度的测量，常规的超声测厚方法不再适用。当超声波入射到多层介质中时，不同介质的分界面会发生反射和透射现象，且反射系数与介质的厚度、声速、入射频率等因素有关，因此可通过分析三层介质中油膜厚度与超声反射系数的关系，建立油膜厚度测量的理论模型。

为了避免超声换能器接收的反射回波与发射的入射波之间的重叠，通常需要能够产生高频且脉冲串个数可调的信号发生器。目前实验室所使用的信号发生器，最高输出频率一般小于 2MHz，只能输出连续正弦波、矩形波和三角波，频率与占空比不能单独调节，给使用带来很大不便，也无法满足测量机械结构中油膜厚度的要求。购买一台高频信号发生器虽然功能齐全，性能较高，但是价格较贵，而且许多功能用不上。因此有必要研制一种低价格、高性能的高频脉冲串信号发生控制器，用于激发高频超声换能器。

目前，常用的信号发生器是运用VHDL语言，采用直接数字合成器(direct digital synthesizer, DDS)原理设计的，DDS是一种新型的频率合成器，具有较高的频率分辨率，可以快速进行频率切换，并且在改变时能保持相位的连续，很容易实现频率、相位和幅度调制，但是也存在一定问题，它的频率不能以很小步距进行改变，而且所生成的信号在频率很高时分辨率会降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了油膜厚度的超声测量装置。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

       油膜厚度的超声测量装置，包括脉冲串信号发生器、超声波激发电路、超声换能器、数据采集器；

       所述脉冲串信号发生器发射高频脉冲串信号至超声波激发电路；

       所述超声波激发电路在高频脉冲串信号的激发下输出高压脉冲；

       所述超声波换能器将高压脉冲转换为测试超声波后，输出给油膜；

       所述数据采集器采集油膜的反射超声波；