[发明专利]利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法及系统

权利要求书

1.一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法，其特征在于：该连续检测全尺度润滑膜厚的方法，包括以下步骤：

基于基体A-润滑膜-基体B的超声波传播模型，采用超声反射系数相位谱计算润滑膜厚，当反射系数相位谱中出现突变的过零点时，则根据突变过零点的频率计算油膜厚度；当反射系数相位谱中没有出现突变的过零点时，则根据超声波有效带宽内某频率处的相位计算润滑膜厚；

所述连续检测全尺度润滑膜厚的方法具体包括以下步骤：

1)向基体A-空气界面发射超声波，采集并存储反射信号作为参考信号；

2)向基体A-润滑膜-基体B发射超声波，采集并存储反射信号作为待测信号；

3)对步骤1)和2)采集到的参考信号和待测信号分别进行快速傅里叶变换，得到各自的相位谱；将参考信号和待测信号的相位谱相减得到反射系数相位谱；

4)对反射系数相位谱进行分析，判断相位是否过零点，并且在零点附近相位存在突变，若存在则进入步骤5)，否则进入步骤6)；

5)通过提取突变过零点的频率来获得共振频率的方法，计算润滑膜厚；

6)通过提取超声波有效带宽内对应频率处的反射系数相位并进行数值求解的方法，计算润滑膜厚。

2.根据权利要求1所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法，其特征在于：所述突变的过零点选自偶数阶过零点。

3.根据权利要求1所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法，其特征在于：所述步骤5)具体包括以下步骤：

提取突变过零点的频率作为润滑膜共振频率，根据以下表达式计算润滑膜厚：

其中，d为润滑油膜厚度，c₂为润滑油中的声速，f_n为润滑膜共振频率，_n为共振频率的阶数。

4.根据权利要求1所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的方法，其特征在于：所述步骤6)具体包括以下步骤：

将超声波中心频率处的反射系数相位值和对应的超声波中心频率值代入下式，通过数值求解获得润滑膜厚：

其中，d为润滑油膜厚度，R₁₂为基体B-润滑膜界面的位移反射系数，R₂₃为润滑膜-基体A界面的位移反射系数；c₂为润滑油中的声速；β为超声波在润滑油中的衰减因子；f为超声波频率。

5.一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的系统，其特征在于：包括参考信号采集模块、待测信号采集模块、反射系数相位谱计算模块以及润滑膜厚计算模块；

所述参考信号采集模块用于采集并存储向基体A-空气界面发射的超声波的反射信号作为参考信号；

所述待测信号采集模块用于采集并存储向基体A-润滑膜-基体B发射的超声波的反射信号作为待测信号；

所述反射系数相位谱计算模块用于将参考信号和待测信号进行快速傅里叶变换，以及将变换得到的参考信号和待测信号的对应相位谱相减；

所述润滑膜厚计算模块对由参考信号和待测信号的相位谱相减得到的反射系数相位谱进行分析，判断相位是否过零点，并且在零点附近相位存在突变，在反射系数相位谱中出现突变的过零点时，通过提取突变过零点的频率来获得共振频率，根据突变过零点的频率计算润滑膜厚；在反射系数相位谱中没有出现突变的过零点时，根据超声波有效带宽内某频率处的的反射系数相位并通过进行数值求解，计算润滑膜厚。

6.根据权利要求5所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的系统，其特征在于：所述突变的过零点选自偶数阶过零点。

7.根据权利要求5所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的系统，其特征在于：所述润滑膜厚计算模块提取突变过零点的频率作为润滑膜共振频率，根据以下表达式计算润滑膜厚：

其中，d为润滑油膜厚度，c₂为润滑油中的声速，f_n为润滑膜共振频率，_n为共振频率的阶数。

8.根据权利要求5所述一种利用超声反射系数相位谱连续检测全尺度润滑膜厚的系统，其特征在于：所述润滑膜厚计算模块将超声波中心频率处的反射系数相位值和对应的超声波中心频率值代入下式，通过数值求解获得润滑膜厚：

其中，d为润滑油膜厚度，R₁₂为基体B-润滑膜界面的位移反射系数，R₂₃为润滑膜-基体A界面的位移反射系数；c₂为润滑油中的声速；β为超声波在润滑油中的衰减因子；f为超声波频率。