CN104729436A - 一种磨损量超声在线测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种磨损量超声在线测量装置，包括摩擦副上试件、摩擦副下试件、超声波探头、脉冲发射接收器、数字示波器、计算机，摩擦副上试件位于摩擦副下试件之上，超声波探头位于摩擦副下试件的底部，超声波探头经导线连接脉冲发射接收器，脉冲发射接收器经导线依次连接数字示波器和计算机；脉冲发射接收器发出电脉冲给超声波探头，激励产生超声波，同时超声波探头将接收的超声回波送回脉冲发射接收器，数字示波器对超声信号进行采样和数字化，并通过计算机实现采样过程的自动控制和数据存储，计算出摩擦副的磨损量，具有非破坏性、信号稳定、易于采集分析等优点，其结构简单，操作方便，效果好，具有广泛的实用性。

Description

一种磨损量超声在线测量装置
技术领域
本发明涉及一种磨损量超声在线测量装置，尤其适用于摩擦、磨损试验的磨损量超声在线测量。
背景技术
在当前脆弱的环境承载力和粗放的资源消耗压力下，现代装备的设计和制造亟需具备环境友好、资源节约和能源高效利用等优点。然而，摩擦作为大多数机械结构中不希望出现的阻力，一直在消耗着大量的能源。因此，摩擦界面的在线监测技术对于节能减排、提高装备的可靠性和使用寿命具有重要意义。同时，摩擦是普遍存在又非常复杂的动态过程，它受多种因素的影响，至今摩擦学的研究手段主要还是依赖实验研究。因此，发展新的摩擦、磨损界面在线检测技术，也能进一步丰富摩擦学基础研究的实验手段。
在摩擦学的研究和工程应用中，磨损量是反映摩擦副材料耐磨性的一个重要指标。磨损量的检测，尤其是在线检测，对于摩擦副的状态监测显得尤为重要。目前，磨损量有很多不同的表示及测量方法，常用的有称重、测长、表面轮廓、压痕或切槽、沉淀或化学分析以及放射性同位素法等。然而上述检测方法均不便于实现磨损量的在线测量。以称重法为例，需要先将摩擦副试件安装在摩擦、磨损试验机上经过一段时间的摩擦、磨损试验，然后将试件取下，对试件的表面进行清洗烘干，用分析天平测量试件在摩擦、磨损试验前后的重量变化，来获得摩擦、磨损过程中的磨损量，然而该过程难以实现原位、快速、在线测量。
随着超声学和电子技术的发展，超声波无损检测技术为磨损量的在线检测提供了可能。且超声波的各类波形丰富，具有非破坏性、抗干扰能力强及易于实现自动化、标准化等优点。因此从其物理原理的角度考虑，该方法也可以用来对摩擦副的磨损量进行在线检测，由此可对摩擦、磨损界面的健康状况进行评价。
鉴于此，需要研制一种磨损量超声在线测量装置，将超声波无损检测技术引入到摩擦学试验研究和现代装备的摩擦副健康状况在线监测中，利用超声波测厚的基本原理实现摩擦学试件或者工程摩擦副的磨损量在线监测，从而对摩擦、磨损过程的真实状态进行适时提取和分析评价。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种摩擦副磨损量的超声在线测量装置，利用超声波测厚的物理原理来实现摩擦学试件或者工程摩擦副的磨损量在线监测。
技术方案：本发明的磨损量超声在线测量装置，包括摩擦副上试件、摩擦副下试件、超声波探头、脉冲发射接收器、数字示波器、计算机，所述的摩擦副上试件位于可作往复运动的摩擦副下试件之上，摩擦副上试件固定不动；超声波探头位于摩擦副下试件的底部，以获取由摩擦副下试件的厚度变化导致的超声波传播时间的变化量，反求摩擦副下试件的磨损量；所述超声波探头经导线连接脉冲发射接收器，脉冲发射接收器经导线依次连接数字示波器和计算机；脉冲发射接收器发出电脉冲给超声波探头，激励产生超声波，同时超声波探头将接收的超声回波送回脉冲发射接收器，利用数字示波器对超声信号进行采样和数字化，并通过计算机实现采样过程的自动控制和数据存储，计算摩擦副的磨损量。
所述超声波探头为超声纵波探头，或为垂直入射的超声横波探头。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明的超声波无损检测具有非破坏性、信号稳定、易于采集分析等优点，采用超声波法进行摩擦副磨损量的测量可以实现磨损量的在线监测，使得磨损量的测量不需要停机，在原位即可对磨损过程的关键参数进行测量分析，能够更加真实地反映摩擦学过程的界面几何特征的变化规律，为工程中机械装备关键摩擦副的健康状况监测提供了新的解决方案。解决了现有摩擦、磨损试验过程中的磨损量难以实现原位在线监测的难题。其结构简单，操作方便，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的一种磨损量超声在线测量装置结构示意图。
图中：1－计算机；2－数字示波器；3－脉冲发射接收器；4－摩擦副上试件；5－摩擦副下试件；6－超声波探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的磨损量超声在线测量装置，主要由摩擦副上试件4、摩擦副下试件5、超声波探头6、脉冲发射接收器3、数字示波器2、计算机1构成。所述超声波探头6采用超声纵波探头，或采用垂直入射的超声横波探头。所述的摩擦副上试件4位于可作往复运动的摩擦副下试件5之上，摩擦副上试件4固定不动；超声波探头6位于摩擦副下试件5的底部，以获取由摩擦副下试件5的厚度变化导致的超声波传播时间的变化量，反求摩擦副下试件的磨损量；所述超声波探头6经导线连接脉冲发射接收器3，脉冲发射接收器3经导线依次连接数字示波器2和计算机1；脉冲发射接收器3发出电脉冲给超声波探头6，激励产生超声波，同时超声波探头6将接收的超声回波送回脉冲发射接收器3，利用数字示波器2对超声信号进行采样和数字化，并通过计算机1实现采样过程的自动控制和数据存储，计算摩擦副的磨损量。
工作原理及工作过程：所述的超声波探头6、脉冲发射接收器3、数字示波器2和计算机1通过数据线依次相互连接，脉冲发射接收器3发出并接受超声波信号，利用数字示波器2对超声信号进行采样和数字化，并通过计算机1实现采样过程的自动控制和数据存储。将超声纵波探头6布置在摩擦副下试件5的下部，超声波探头6可采用磁吸等方式加以固定。采用单一探头的超声波反射兼接收模式，超声波探头6既作为超声纵波的发射探头，同时又作为超声纵波回波信号的接收探头。超声波探头6发出的超声波在摩擦副下试件5内部的厚度方向上传播一个来回，其声程正好为摩擦副下试件5自身厚度的两倍。这种探头布置方式可用来获取由摩擦副下试件5的厚度的变化导致的超声波传播时间的变化量信息，由此即可反求摩擦副下试件5的磨损量。且此处的超声波探头6可以是超声纵波探头，也可以是垂直入射的超声横波探头，其测量原理均一致，只是由于纵波和横波的波形不同，传播速度一快一慢，弹性介质的振动方式也不一样，其对摩擦界面特性的变化敏感性有所不同，在实际应用中可以根据具体的摩擦副材料选择超声波探头。
在实际应用的过程中，对摩擦副下试件5的磨损量进行检测时采用抽检方式。即，当需要对磨损量进行抽检时，该回合的往复运动过程中对摩擦副上试件4不加载，且当摩擦副上试件4移动到摩擦副下试件5的两端极限位置时才进行采样，从而保证摩擦副下试件5的厚度测量不受摩擦副上试件4以及摩擦界面的润滑油膜的干扰。
在摩擦副的摩擦、磨损试验过程中适时采集超声波时域波形信号，提取由于摩擦副厚度的变化导致的超声波声程变化量，并由此计算摩擦副的磨损量，实现磨损量的原位在线检测。
所述磨损量超声在线测量装置由两大部分组成，即超声检测评价系统和摩擦、磨损试验系统。
所述脉冲发射接收器发出的高频电脉冲给超声波探头，激励探头中的压电晶片产生超声波，同时超声探头接收到的超声回波也通过探头内置的压电晶片的压电效应转换成电信号，重新被送回脉冲发射接收器。
所述脉冲发射接收器和数字示波器相连接，实现对模拟超声信号的采样和数字化，并通过计算机程序实现采样过程的自动控制和采样数据的自动记录存储，为后续的数字超声信号的处理和信息提取提供保障。
所述摩擦、磨损试验系统由摩擦副上试件和摩擦副下试件组成配副，并进行摩擦、磨损试验，在试验过程中摩擦副上试件保持固定不动，而摩擦副下试件作往复运动，摩擦副上试件可以是球、半球面柱销及平面柱销等。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的内容。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种磨损量超声在线测量装置，其特征在于：它包括摩擦副上试件（4）、摩擦副下试件（5）、超声波探头（6）、脉冲发射接收器（3）、数字示波器（2）、计算机（1），所述的摩擦副上试件（4）位于可作往复运动的摩擦副下试件（5）之上，摩擦副上试件（4）固定不动；超声波探头（6）位于摩擦副下试件（5）的底部，以获取由摩擦副下试件（5）的厚度变化导致的超声波传播时间的变化量，反求摩擦副下试件的磨损量；所述超声波探头（6）经导线连接脉冲发射接收器（3），脉冲发射接收器（3）经导线依次连接数字示波器（2）和计算机（1）；脉冲发射接收器（3）发出电脉冲给超声波探头（6），激励产生超声波，同时超声波探头（6）将接收的超声回波送回脉冲发射接收器（3），利用数字示波器（2）对超声信号进行采样和数字化，并通过计算机（1）实现采样过程的自动控制和数据存储，计算摩擦副的磨损量。
2.根据权利要求1所述的一种磨损量超声在线测量装置，其特征在于：所述超声波探头（6）为超声纵波探头，或为垂直入射的超声横波探头。
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