CN107907079A - 一种超声波测薄油膜用标定测试台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种超声波测薄油膜用标定测试台，固定挡块的截面为L型，导向安装块固定在固定挡块L型长边的顶端，上挡板的左端和下挡板的左端连接固定挡块L型短边的端部，水槽固定在上挡板上，超声探头通过定位块安装在导向安装块上，超声探头的顶端与超声波发射装置以及超声波接收装置相连，超声探头的下端部伸入至水槽里，上挡板的右端和下挡板的右端之间设置厚度可调整的塞尺。本发明定位块位置、右端塞尺可调，可以根据不同需要用不同的调节方式对厚度进行调整，以得到合适的油膜厚度；旋钮式调节保证位置调节更为精细和精确；测量方便、准确，可以省去高精度位移传感器，不仅节省资金，而且测量更为便利。

Description

一种超声波测薄油膜用标定测试台

技术领域

本发明涉及的是一种用于测薄油膜的标定测试台。

背景技术

超声检测技术具有适用性广，探伤灵敏度高，检测深度大、使用方便和安全性好等优点，是目前应用最广泛、使用频度最高的无损检测技术之一。目前，国内已建立一支庞大而且优秀的超声检测专业队伍和科研队伍，超声检测的应用范围日益扩大，相关基础研究和应用技术研究正逐步深入，许多成果已达到或接近国外水平。

对超声波探测技术的研究最早开始在国外。1973年Tattersall H G利用超声脉冲回波技术测量粘结层厚度，并建立弹簧模型，认为当中间层为薄层时，薄层质量可以忽略，可将其看作轻质弹簧。

1994年Pialucha等人根据声波在介质分界面处位移和应力的连续性，利用垂直入射超声波检测两个厚介质之间的薄层厚度。

1997年Drinkwater和Cawley在分析方法上做了拓展，他们认为只简单的考虑时域信息是不够的，应该从频率中获取更多有用的信息。

2002年Quinn使用超声波测量接触面之间的压力，并研究反射系数与压力之间的关系。

2004年Dwyer-Joyce和Drinkwater使用超声波反射系数法测量轴承系统中的润滑油膜厚度，分析膜厚与油膜刚度或谐振频率之间的关系，并成功完成50-500nm范围的润滑油膜厚度测量。

超声波法虽然有一定的优势，但由于缺乏校准方法而一定程度上受到限制。2005年Jie Zhang等人研究了一种用于校准三层系统膜厚测量的实验仪器和步骤，他们利用位移传感器控制钢与钢之间的距离，从而调节油膜的厚度，并详细研究了反射系数误差对厚度测量结果的影响。通过实验，对反射系数的范围进行限定，从而得出为准确测量给定的润滑膜厚度而需要选择合适的测试频率的结论。

2008年，为获取油膜厚度的分布情况，Jie Zhang和Drinkwater

使用超声阵列传感器，通过改变超声波的入射角，实现对局部油膜厚度分布的测量，克服了早期研究中只做单点测量的缺点。

2010年Hunter等人研究出自动对焦算法，解决了超声测量中的自动聚焦问题。2011年Dwyer-Joyce等人研究了边界润滑和混合润滑时的超声波膜厚测量方法，通过建立混合动态模型，成功获取接触部分液体刚度和固体刚度的组成成分。2012年Ibrahim等人使用超声波的反射系数法对滚动轴承进行了测量。实验中的轴承在给定的负载和转速下转动，通过测量连续的超声波反射信号，从而得到轴承外滚道与滚珠之间的膜厚轮廓分布。

国内，1988年金长善应用超声波在夹层中的反射与透射特性来测量油膜厚度，并且论述了连续波法和单脉冲分离法的特点以及应用场合。2007年，卢黎明研究采用脉冲反射法测量液体滑动轴承的润滑油膜厚度，构建了完整的测量电路，并通过实验进行了验证。2009年焦敬品等人使用流体层的谐振频率和刚度系数来表征其厚度，同时研究了介质声学参数和中间流体层厚度对反射系数以及厚度测量的影响。2010年唐伟坤等人建立三层介质超声波传播模型，利用反射系数法测量油膜厚度，并对连续模型和弹簧模型的适用范围做了比较。2011年申洪苗等人建立斜入射时超声波在三层介质中传播的反射系数弹簧模型，并分析了超声波入射频率、入射角度和油膜厚度对反射系数的影响。

以上所述的测量方法所使用的装置，虽然可以比较准确的测出油膜厚度，但仍有一定的局限性。测量装置不够灵活，且对装置本身和测量工具的精度要求非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供可以对1-20μm的薄油膜厚度进行标定的一种超声波测薄油膜用标定测试台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种超声波测薄油膜用标定测试台，其特征是：包括超声波发射装置、超声波接收装置、超声探头、水槽、固定挡块、导向安装块、上挡板、下挡板，固定挡块的截面为L型，导向安装块固定在固定挡块L型长边的顶端，上挡板的左端和下挡板的左端连接固定挡块L型短边的端部，水槽固定在上挡板上，超声探头通过定位块安装在导向安装块上，超声探头的顶端与超声波发射装置以及超声波接收装置相连，超声探头的下端部伸入至水槽里，上挡板的右端和下挡板的右端之间设置厚度可调整的塞尺。

本发明还可以包括：

1、所述导向安装块为U型块结构，所述的定位块通过连接杆连接旋钮，定位块和连接杆位于U型块结构的中部，旋钮位于U型块结构的外部，超声探头的横向位置通过旋钮实现微调。

2、水槽位于上挡板的左端部，上挡板被塞尺垫起后，水槽的端部与固定挡块不接触。

本发明的优势在于：本发明结构简单，易于安装和使用；装置更加灵活，定位块位置可调，右端塞尺可调，可以根据不同需要用不同的调节方式对厚度进行调整，以得到合适的油膜厚度；旋钮式调节保证位置调节更为精细和精确；更为重要的是，l的长度可以方便而又较为准确的测量，从而计算出油膜的厚度，可以省去高精度位移传感器，不仅节省资金，而且测量更为便利。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为导向安装块和定位块的俯视图，图2b为导向安装块侧视图，图2c为定位块以及连接杆、旋钮的俯视图，图2d为定位块以及连接杆、旋钮的正视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明利用弹簧模型，通过超声波反射系数进行计算，从而得出油膜厚度。该试验台结构简单，易于调整，测量范围更广，所用测试仪器更加方便快捷。

本发明是通过下述方法和装置实现的：包括固定挡块5、导向安装块4、水浸式超声探头7、水槽8、上下平面10、塞尺11、超声波发出和接收装置等部件。

如图1中所示，L是已知量，h可根据需要自行调节，想得到厚度为c油膜，只需将定位块6上探头移动到的位置处即可。

固定挡块5为L形结构，其目的是防止水槽8边缘与挡块相接触。

导向安装块4为一个U型块，安装于固定挡块5上，开口槽用于对水浸式超声波探头进行导向。安装块上有一旋钮，与探头所处定位块6相连。调节时可旋转旋钮，对探头位置进行微调，使探头更加精确的进行微量位移以满足油膜的厚度要求。

上下平面10使用量块，其表面精度高，不会对超声波的反射系数和透射系数产生不利干扰，且使用方便，更利于标定工作的进行。下量块左侧固定在挡块上。量块两侧被固定在实验台上的固定装置夹紧，使之只能进行上下方向的调节而不至于发生侧向偏移。

水槽8是一个中空长方体，槽壁厚度在1-2mm之间，高度在30-50,mm之间。水槽8固定在上平面9上。

塞尺11固定在上下平面10右端连接处，塞尺11可进行厚度调整以适应不同的油膜要求。

超声波发出与接收装置与水浸式超声波探头相连接，并在尾端与计算机3相连，以便收集和分析试验所采集到的数据。

图1为本装置结构示意图。如图中所示，导向安装块4顶端用螺钉与固定挡块5固定在一起，超声波探头顶端与超声波发出与接收装置相连，从定位块6中穿过并纵向固定，定位块6可在导向安装块4的开口槽中进行左右移动，从而可以进行探头的位置微调。探头伸入水槽8中，水槽8由强力粘合物质与上平面9固定在一起，上平面9与下平面10末端夹有一可调节的塞尺11。上平面9与下平面10左端与固定挡块5固定在一起保证装置的稳定性，且L形的固定挡块5可以避免上平面9抬起时与水槽8发生接触，影响平面的坡度。

本发明在使用时，将装置连接好，向上下平面10中注入油，经计算将超声波探头移动到合适的位置，启动超声波发射与接收装置，根据超声波接收装置2中的数据使用弹簧模型在计算机3中计算，从而得出要标定的油膜厚度。

Claims (3)

1.一种超声波测薄油膜用标定测试台，其特征是：包括超声波发射装置、超声波接收装置、超声探头、水槽、固定挡块、导向安装块、上挡板、下挡板，固定挡块的截面为L型，导向安装块固定在固定挡块L型长边的顶端，上挡板的左端和下挡板的左端连接固定挡块L型短边的端部，水槽固定在上挡板上，超声探头通过定位块安装在导向安装块上，超声探头的顶端与超声波发射装置以及超声波接收装置相连，超声探头的下端部伸入至水槽里，上挡板的右端和下挡板的右端之间设置厚度可调整的塞尺。

2.根据权利要求1所述的一种超声波测薄油膜用标定测试台，其特征是：所述导向安装块为U型块结构，所述的定位块通过连接杆连接旋钮，定位块和连接杆位于U型块结构的中部，旋钮位于U型块结构的外部，超声探头的横向位置通过旋钮实现微调。

3.根据权利要求1或2所述的一种超声波测薄油膜用标定测试台，其特征是：水槽位于上挡板的左端部，上挡板被塞尺垫起后，水槽的端部与固定挡块不接触。