机械结构液体层厚度超声测量方法研究

摘要

在机械密封、轴承、轮轨等机械结构中，通过引入薄液体层结构，起到润滑和减少摩擦损耗的作用。研究发现，该液体层是机械设备的薄弱环节，它的失效是造成机械设备故障的重要因素之一。针对机械结构安全运行的需要，开展机械结构液体层厚度测量方法研究具有重要的工程使用价值和科学研究意义。本文主要进行机械结构液体层厚度超声测量方法研究，主要工作包括： 1、建立垂直入射纵波在三层介质中传播的连续模型，通过对中间液体层超声反射系数分析，得到中间液体层厚度超声测量的谐振模型和弹簧模型，即通过液体层的谐振频率和刚度系数来表征其厚度。同时，研究了三层介质的声学特性对液体层超声反射系数及厚度测量的影响； 2、基于液体层厚度超声测量理论研究，在试验室构建机械结构液体层厚度超声测量试验系统。在对液体层厚度超声谐振测量方法进行标定基础上，利用超声谐振法对液体层厚度进行了测量试验研究。试验结果表明，测量结果与实际很好吻合； 3、基于小波变换模极大值对信号奇异点提取特点，利用小波变换对液体层超声反射信号进行处理，通过其小波系数的模极大值，提取出超声反射信号中与液体层厚度有关的特征点信息，实现厚度的测量。同时，研究小波基函数以及尺度对检测效果的影响。

目录

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本课题来源及主要研究内容

第2章超声波基本理论

2.1超声波的产生和类型

2.2超声波传播速度

2.2.1固体中的波速

2.2.2液体中的波速

2.2.3气体中的波速

2.3超声波的声压、声强和声阻抗

2.3.1声压

2.3.2声强

2.3.4声阻抗

2.4超声波垂直入射到平界面上时的反射和透射

第3章机械结构液体层厚度超声测量方法理论研究

3.1三层介质中超声波传播特性理论研究

3.1.1液体层超声反射系数

3.1.2液体层厚度表征方法研究

3.2三层介质中超声波反射系数影响因素分析

3.2.1液体层声学特性的影响

3.2.2液体层两侧介质声学特性的影响

3.2.3三层介质声学参数关系的影响

3.3小结

第4章机械结构液体层厚度超声测量方法试验研究

4.1试验系统

4.2反射系数试验

4.3超声谐振法厚度测量试验结果分析

4.3.1标定试验结果

4.3.2测量试验结果

4.3.3试验误差分析

4.4超声谐振厚度测量的影响因素研究

4.4.1液体层声学特性的影响

4.4.2上层介质声学特性的影响

4.4.3下层介质声学特性的影响

4.5弹簧模型厚度测量试验研究

4.6小结

第5章超声信号的小波变换模极大值分析

5.1小波变换理论

5.2基于小波变换模极大值的液体层厚度超声测量方法

5.2.1小波变换模极大值法检测信号奇异点原理

5.2.2小波变换选择

5.2.3信号奇异性检测中小波基的确定

5.2.4小波模极大值在超声测试信号中的应用

5.3典型试验结果分析

5.4小波变换影响因素分析

5.4.1小波基选取对信号处理的影响

5.4.2尺度选取对信号处理的影响

5.5液体层厚度测量软件设计

5.6小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术成果

致谢