Page 8 - 《摩擦学学报》2021年第1期

第 1 期 贺彦博, 等: 基于超声波反射系数相移的油膜厚度测量方法研究 5

2 试验测量 器被激励后发出具有一定宽度的超声波信号，超声波
信号垂直穿过上层铸铁后在油膜表面发生发射与透
2.1 润滑油膜厚度超声波反射系数相移测量系统
射，反射信号沿原路返回并由同一个超声波换能器接
润滑油膜厚度超声波反射系数相移测量系统由
收，脉冲收发器将超声波换能器接收到的反射信号传
脉冲收发器(UPR)、超声波换能器、夹具、示波器、计算
输给示波器与计算机，通过计算机完成最终的数据处
机和油膜厚度标定装置组成，其原理图与实物图分别
理过程.
如图6(a)和图6(b)所示. 脉冲收发器为Olympus公司生
2.2 试验步骤
产的5072PR，最高脉冲重复频率为5 kHz，超声波换能
器为Olympus公司生产的V606-SB，理论中心频率为 反射系数幅值|R(f)|本质上是反射信号与入射信
2.25 MHz，带宽为−6 dB，示波器为Tektronix公司生产 号在频域内的幅值比，反射系数相移Φ(f)本质上是反
的MDO 3052，带宽为500 MHz. 油膜厚度标定装置由 射信号与入射信号在频域内的相位差，由于入射信号
台架、上层铸铁、下层铸铁和千分尺构成，上层铸铁固 难以直接测量，反射系数幅值|R(f)|与反射系数相移
[21]
定在台架上，下层铸铁与千分尺相连，转动千分尺即 Φ(f)常通过参考信号获得 ：
可移动下层铸铁，进而调节上层铸铁与下层铸铁之间  A( f)

R( f) =


的间隙. 与油膜接触的金属表面，即上层铸铁的下表  A 0 ( f) (6)


 Φ( f) = θ( f)−θ 0 ( f)
面与下层铸铁的上表面在安装前已进行抛光处理，具
有良好的光洁度和平整度，确保了两表面间形成的油 其中：A(f)为油膜反射信号在频域内的幅值，A (f)为参
0
膜是均匀连续的. 考信号在频域内的幅值，θ(f)为油膜反射信号在频域
由脉冲收发器发出周期性脉冲信号，超声波换能 内的相位，θ (f)为参考信号在频域内的相位.
0
UPR Oscilloscope
Transducer

Cast iron

Micrometer Computer
(a)

Clamp
Transducer

5072PR

Micrometer Oscilloscope Computer

(b)

Fig. 6 The schematic diagram (a) and the photograph (b) of the measurement system
图 6 测量系统的原理图与实物图