[發明專利]一種軸承潤滑膜厚度超聲測量方法及系統

有效

• 申請號: 202110019584.7
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112595271B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 汪劍云;古樂;張傳偉;李臻;陸程;趙小力;鄭德志;王黎欽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種軸承潤滑膜厚度超聲測量方法及系統，它屬于潤滑油膜厚度測量及潤滑狀態監測領域。本發明解決了利用單個探頭采用飛行時間方法、彈簧模型方法和諧振模型方法等無法有效監測軸承潤滑膜厚的實時連續變化的問題。本發明通過建立滯后相位角與測量獲得的反射系數的量化關系，并利用滯后相位角與油膜厚度的線性關系，求解獲得油膜厚度，該方法通過將測量獲得的反射系數轉化為滯后相位角，相對于彈簧模型較大程度提升了單個探頭的油膜厚度測量范圍，在高頻探頭下，依然可實現從0到數十微米油膜厚度的連續精確測量，并可結合諧振模型實現更寬范圍的膜厚測量。本發明可以應用于潤滑油膜厚度測量。

技術領域

本發明屬于潤滑油膜厚度測量及潤滑狀態監測領域，具體涉及一種軸承潤滑膜厚度超聲測量方法及系統。

背景技術

軸承是燃氣輪機，水輪機，發動機等的重要組成部分，廣泛應用于大型火電，水電，核電，風電和大型機床等國民經濟重要領域，以及軍機，艦艇等關乎國家安全的重要領域，其往往工作在高轉速，大載荷，高精密的工況條件下。在這種工況條件下，潤滑的失效會引起徑向滑動軸承產生嚴重的磨損，振動等，最終導致徑向滑動軸承失效及部件損壞，甚至會造出嚴重的事故。因此有必要對其潤滑狀態進行實時的監測。潤滑膜厚是表征潤滑狀態的一個核心指標，測量潤滑膜厚對機械設備的狀態監測和控制以及穩定運行具有重要的意義。

傳統的測量油膜厚度的方法主要有電學類，光學類和聲學類三類檢測方法，電學類測量方法(電阻，電容，阻容振蕩法)所測油膜厚度為軸承整圈的平均油膜厚度，不能測量得到軸承某處的最小膜厚。而光學類測量方法(光纖傳感器法，光干涉法)需要在軸承上開一個透明的光學觀察窗口，這顯然會破壞軸承的結構特性，不能應用于實際軸承的監測中。

作為一種無損檢測方法，超聲膜厚測量方法具有很好的應用前景。目前超聲膜厚測量方法主要有飛行時間法、諧振模型法，準靜態彈簧模型法。其中飛行時間法多用于測量1mm以上膜厚，諧振模型方法多用于測量100μm以上膜厚。彈簧模型方法多用于測量10μm以下膜厚，且其測量范圍較小。

一般而言，機械設備從啟動到平穩運行再到停止，其膜厚隨時間在較大的范圍變化，。對于單個超聲探頭，受限于各自的膜厚測量范圍，在彈簧模型和諧振模型間存在一個固有的測量盲區，使得現有的上述三種方法均無法監測完整的潤滑膜厚連續變化。

發明內容

本發明的目的是為解決利用單個探頭采用上述方法無法有效監測軸承潤滑膜厚的實時連續變化的問題，而提出了一種軸承潤滑膜厚度超聲測量方法及系統。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

基于本發明的一個方面，一種軸承潤滑膜厚度超聲測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、利用超聲探頭獲得初始的參考信號；

步驟二、獲取軸承運行下的油膜層超聲反射脈沖信號；

步驟三、分別對步驟一采集的參考信號和步驟二采集的反射脈沖信號進行快速傅里葉變換，得到潤滑膜層反射系數；

步驟四、利用步驟三獲得的潤滑膜層反射系數，計算后一個反射波比前一個反射波滯后的相位角；

步驟五、基于步驟四計算出的后一個反射波比前一個反射波滯后的相位角，獲得潤滑膜厚度；

將潤滑膜厚度頻譜中有效帶寬內的潤滑膜厚度均值或者有效帶寬內的最佳頻率點對應的膜厚值(一般是參考信號峰值頻率點對應的值)作為最終的潤滑膜厚度。

基于本發明的另一個方面，一種軸承潤滑膜厚度超聲測量系統，所述系統包括超聲脈沖發生控制臺、超聲脈沖發生接收器、超聲探頭、高速采集裝置、數據處理單元，其中：

所述超聲脈沖發生控制臺用于控制超聲脈沖發生接收器發出超聲激勵，并將超聲激勵傳遞到超聲探頭；