机械结构薄液体层厚度测量方法研究

摘要

在现代工业中，为减少机械设备关键零部件(如机械密封、轴承、机床导轨等)因接触摩擦而产生损耗，通常在相对运动的零部件间引入液体层结构(微米级液体膜)，起到润滑和减少摩擦损耗的作用。研究发现，该液体层对机械结构的动力性、经济性和安全可靠性等有着非常重要的影响[1] 如果液体层厚度过小，则机械结构的机械摩擦损失和零件磨损都会增大，可能造成损伤和安全事故如果液体层厚度过大，将导致大量过剩润滑液的流失和排放，造成环境污染和资源浪费因此，为保证机械设备的正常安全运行，需要对该机械结构关键零部件中液体层厚度进行监测常用的间隙测量方法，如电涡流法、电容法、激光法等[1]，应用于机械结构液体层厚度测量还有很大的局限性，如测量精度低、对待检测结构要求高、受检测环境影响大等作为五大常规无损检测技术之一，超声波技术也可用于介质厚度的测量例如，基于介质上、下表面反射回波的时间差以及介质中超声波速，常规超声反射回波技术可以实现较大厚度的测量由于液体层厚度较小(几微米到几百微米)，液体层上、下表面超声反射回波将会叠加在一起，从时域波形无法获得超声波通过液体层两侧界面的传播时间，因而无法直接利用常规超声回波时间差实现液体层厚度测量[2] 超声波在多层介质中传播时，在不同介质的分界面处会发生反射、透射现象因而可以利用超声波在不同介质分界面的反射或透射特性来表征介质的几何(如厚度)、材料(如密度、弹性模量)特性针对机械结构薄液体层厚度测量问题，本文通过对超声波在界面处反射信号频谱的谐振频率和波形奇异点分析，实现液体层厚度测量的目的。