[发明专利]一种全范围润滑膜厚度超声检测装置及方法

权利要求书

1.一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，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，将其粘贴在摩擦学元件的背面；

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；

步骤四，对于膜厚范围为10μm～45μm的润滑膜，利用超声波在润滑层上声压反射系数相位谱，利用声压反射系数的相位值获得其精确膜厚值。

2.根据权利要求1所述的一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，所述步骤二中，润滑层上声压反射系数的幅值谱的获得方式为：首先测量超声波在待测摩擦学元件与空气界面的时域反射信号作为参考信号，经过高精度傅里叶变换转化成频域信号，通过参考信号的频域信号分别获得参考信号的幅值谱和相位谱；然后测量超声波在润滑层上的时域反射信号，通过同样的方式获得该反射信号的频域幅值谱和相位谱；最后将超声波在润滑层上反射信号的幅值谱除以参考反射信号的幅值谱获得声压反射系数幅值谱；将参考信号的相位谱减去超声波在润滑层上反射信号的相位谱获得超声波在润滑层上声压反射系数的相位谱。

3.根据权利要求1所述的一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，所述步骤三中，超声波在润滑层上声压反射系数的幅值谱和相位谱，当润滑层两侧材料不同时，超声波在润滑层上声压反射系数的幅值谱和相位谱解析表达式分别为：

其中，|R(f)|为声压反射系数幅值谱；R₁₂为超声波在入射层与润滑层界面的反射系数；R₂₃为超声波在润滑层与透射层界面的反射系数；f为超声波频率；h为润滑层厚度；c₂为超声波在润滑层中的声速；Φ_R(f)为声压反射系数相位谱。

4.根据权利要求1所述的一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，所述步骤三中，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的幅值谱，通过超声波弹簧模型法获得其精确膜厚值，其求解公式为：

其中，|R(f)|为声压反射系数幅值谱；c₂为超声波在润滑层中的声速；Z₁为超声波入射层介质的声阻抗；Z₃为超声波透射层介质的声阻抗；ρ₂为润滑层介质的密度；ω为超声波角频率。

5.根据权利要求1所述的一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，所述步骤三中，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，其求解公式为：

其中，c₂为超声波在润滑层中的声速；Δf为声压反射系数相邻极小值间的频率间隔。

6.根据权利要求1所述的一种全范围润滑膜厚度的超声检测方法，其特征在于，所述步骤四中，对于膜厚范围为10μm～45μm的润滑膜，利用超声波在润滑层上声压反射系数相位谱，通过声压反射系数相位谱与膜厚的关系获得其精确膜厚值，润滑膜厚度与声压反射系数的相位和超声波频率的解析函数关系为：

其中，c₂为超声波在润滑层中的声速；f为超声波频率；ρ₂为润滑层介质的密度；Z₁为超声波入射层介质的声阻抗；Z₃为超声波透射层介质的声阻抗；Φ_R(f)为声压反射系数相位谱。