一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过超声波传感器获得参考信号；步骤二，通过超声波传感器获得润滑层的反射信号；步骤三，分别对步骤一获得的参考信号和步骤二获得的润滑层的反射信号进行峰峰值的提取，得到超声波在润滑层上的反射系数；步骤四，基于步骤三计算出的反射系数，得到润滑层的厚度；步骤五，利用步骤四得到的润滑层厚度与设定的润滑层膜厚度范围比较，获得润滑膜厚的状态。该发明专利技术直接提取超声波反射信号的峰峰值获得润滑膜厚，与设定的润滑膜厚范围比较监测润滑膜厚状态，能够为工程化中膜厚状态的实时监测提供便利。便利。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统


[0001]一般而言，本专利技术涉及润滑状态监测
，更具体地说，涉及一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统。

技术介绍

[0002]为了防止磨损，通常在轴承、齿轮等机械部件的接触界面加注润滑液，使其工作时界面处形成一层润滑膜。而该润滑膜厚度对于这些机械部件的性能、工作效率和使用寿命有重要影响。润滑膜较薄时，会导致接触表面过度磨损和摩擦；润滑膜较厚时，机械运转会出现不稳定，润滑液泄露等现象。因此，实现润滑膜的监测具有重要的理论和工程意义。
[0003]目前的监测方法有电学法、光学法以及超声波法。电学法是通过润滑层的电阻或电容获得润滑膜厚度。但是该方法是具有侵入性的，传感器需与润滑层的上下界面接触，这将导致设备结构的重大损坏以及干扰润滑膜的形成。光学法是一种观察从各个边界反射的光束之间的相位差的技术，它能使润滑膜厚度的测量达到亚微米级精度。但是它要求两接触物体之一由透光材料制成，而且该方法难以测量透明度很差的油厚，所以光学法只能在实验室中进行一些测量，很难应用到实际的工程监测中。
[0004]相比之下，由于超声波的穿透能力强、灵敏度高、非侵入性等特点，超声波法消除了传感器与润滑层接触和材料透明的要求，被认为是一种非常有前景的监测润滑膜厚状态的方法。目前超声膜厚监测方法主要分为飞行时间法、共振频率法以及弹簧法。发展至今，不同的膜厚监测方法有各自的适应范围和局限性。对于共振频率法和弹簧法，需要在频域上来分析数据得到膜厚，进而监测润滑膜厚状态。也就是需要将超声波反射信号进行模数转换，然后再进行快速傅里叶变换(FFT)在频域中获得反射系数。相应的，在工程化的应用中需采用A/D转换器完成数据采样的工作，与之相匹配的是足够大的数据存储空间进行数据的储存，这无疑会增加润滑膜厚监测设备的成本。另外，当超声波传感器的中心频率变高时，采样频率也要成倍的提高，这就导致相适应的设备成本变高。
[0005]因此，发展一种工程化应用中成本较低的润滑膜厚状态监测方法就具有着重要义和价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出了一种基于超声的润滑膜厚监测方法，该方法通过在超声波模拟信号中提取超声波传感器得到的润滑膜反射信号与参考信号的峰峰值来得到反射系数，进而获得润滑膜厚监测润滑膜状态。通过模拟信号中的峰峰值计算润滑膜厚，过程简单、快速且无需数据采样，工程化应用中能大大减少设备成本。
[0007]为实现上述目的，一种基于超声的润滑膜厚监测系统，包括超声波传感器、超声波脉冲接收模块、参考信号储存模块、润滑膜反射信号储存模块和比较模块。所述超声波传感器采用圆形薄片超声波压电元件，可实现电压与机械振动之间的能量形式转换，具备超声
波的发射和接收功能；所述超声波脉冲接收模块具备产生激发超声波传感器的激励信号和接收电压脉冲的功能，具备宽带可调方波激励的特点，通过电缆与超声波传感器进行信号传输；所述参考信号储存模块具备实时储存超声波脉冲接收模块传输的参考信号并进行峰峰值的提取的功能；所述润滑膜反射信号储存模块具备实时储存超声波脉冲接收模块传输的润滑膜反射信号并进行峰峰值的提取的功能；所述比较模块的功能是将参考信号储存模块和润滑膜反射信号储存模块传输的峰峰值进行反射系数的求解，获得润滑膜厚，然后将获得的润滑膜厚与设定的润滑层膜厚范围比较得到润滑膜厚状态。
[0008]一种基于超声的润滑膜厚监测方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一，通过超声波传感器获得参考信号；
[0010]步骤二，通过超声波传感器获得润滑层的反射信号；
[0011]步骤三，分别对步骤一获得的参考信号和步骤二获得的润滑层的反射信号进行峰峰值的提取，得到超声波在润滑层上的反射系数；
[0012]步骤四，基于步骤三计算出的反射系数，得到润滑层的厚度；
[0013]步骤五，利用步骤四得到的润滑层厚度与设定的润滑层膜厚度范围比较，获得润滑膜厚的状态；
[0014]进一步的，在两待测试件之间没有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与空气界面的反射信号，将获得的反射信号作为参考信号；
[0015]进一步的，在两待测试件之间有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与润滑层界面的反射信号，将获得的反射信号作为润滑层的反射信号；
[0016]进一步的，对参考信号进行峰峰值的提取，得到峰峰值对润滑层反射信号进行峰峰值的提取，得到峰峰值获得超声波在润滑层上的反射系数的表达公式为：
[0017][0018]上式中，R为润滑层的反射系数；
[0019]进一步的，基于步骤三得到的超声波在润滑层上的反射系数，获得润滑层厚度的表达公式为：
[0020][0021]上式中，z1、z3为相应待测试件的声阻抗，ρ为润滑液的密度，c为超声波在润滑层中的声速，ω为入射波圆频率，h为润滑层的厚度。其中，当润滑层两侧的待测试件相同时(z1＝z3＝z)，上式可简化为：
[0022][0023]其中，f为超声入射波频率；
[0024]进一步的，首先根据待测系统的理论膜厚范围设定一个润滑层膜厚范围，然后利用步骤四得到的润滑层厚度与设定的润滑层膜厚范围比较。若获得的润滑层厚度在设定的膜厚范围内，则表明润滑层膜厚处于正常状态；反之，处于异常状态。
[0025]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种基于超声的润滑膜厚监测方法，通过超声
波模拟信号的峰峰值与反射系数的理论关系来获得润滑膜厚，从而监测润滑膜厚状态。相较于共振频率法和弹簧法监测润滑膜时需将反射波形的模拟信号经过A/D转换为数字信号，本专利技术所述的监测润滑膜厚的方法是直接的、简单的，并且无需数据采样以及足够大的存储空间，可以降低设备成本，该方法可以作为工程中实时监测润滑膜厚状态的一种优良的非侵入式监测手段。
附图说明：
[0026]图1为本专利技术一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统的方法流程图；
[0027]图2为本专利技术一种基于超声的润滑膜厚监测方法及系统的系统结构图；
[0028]图3为本专利技术的测试试验台示意图；
[0029]图4为超声波传感器的结构示意图。
具体实施方式
[0030]以下将结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步说明：
[0031]本专利技术提供了一种基于超声的润滑膜厚监测方法，参见图1，包括以下步骤：
[0032]步骤一，在两待测试件之间没有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与空气界面的反射信号，将获得的反射信号作为参考信号；
[0033]步骤二，在两待测试件之间有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与润滑层界面的反射信号，将获得的反射信号作为润滑层的反射信号；
[0034]步骤三，分别对步骤一获得的参考信号和步骤二获得的润滑层的反射信号进行峰峰值的提取，对参考信号进行峰峰值的提取，得到峰峰值对润滑层反射信号进行峰峰值的提取，得到峰峰值获得超声波在润本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声的润滑膜厚监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过超声波传感器获得参考信号；步骤二，通过超声波传感器获得润滑层的反射信号；步骤三，分别对步骤一获得的参考信号和步骤二获得的润滑层的反射信号进行峰峰值的提取，得到超声波在润滑层上的反射系数；步骤四，基于步骤三计算出的反射系数，得到润滑层的厚度；步骤五，利用步骤四得到的润滑层厚度与设定的润滑层膜厚度范围比较，获得润滑膜厚的状态。2.根据权利要求1所述的一种基于超声的润滑膜厚监测方法，其特征在于，所述步骤一的具体实现过程是：在两待测试件之间没有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与空气界面的反射信号，将获得的反射信号作为参考信号。3.根据权利要求1所述的一种基于超声的润滑膜厚监测方法，其特征在于，所述步骤二的具体实现过程是：在两待测试件之间有润滑层的情况下，通过超声波传感器获得待测试件与润滑层界面的反射信号，将获得的反射信号作为润滑层的反射信号。4.根据权利要求1所述的一种基于超声的润滑膜厚监测方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，朱宇航，冯凯，朱杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：