本发明涉及监测诊断，特别是涉及一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法。
背景技术：
1、润滑油膜厚度是表征轴承和密封件等摩擦元件润滑状态的关键参数。润滑失效会导致摩擦和磨损，最终导致摩擦元件失效，因此有必要实时监测润滑膜厚度，以评估摩擦元件的运行状态。对润滑油膜厚度的监测不仅能指导摩擦元件的理论设计，还能在其失效前提供预警。超声波具有穿透力强、线性传播特性、非侵入性、无需传感器接触润滑油膜等特点，被广泛应用于润滑油膜厚度的测量中。
2、在实际工程应用中，摩擦元件表面通常会有涂层，超声传感器粘贴在油膜侧或涂层侧，即传感器-钢-润滑膜-涂层-钢结构或传感器-钢-涂层-润滑膜-钢结构。目前，超声测量润滑膜厚度的方法都是基于润滑膜层的反射回波信号提出的，例如弹簧法、相位法和共振法。但当涂层薄或传感器频率低时，涂层和润滑膜层的反射回波会重叠，润滑膜层的反射回波无法直接被获得，此时传统的润滑膜厚度超声测量方法会失效。因此亟需一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，以解决薄涂层或使用低频率传感器时传统超声模型失效的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，以实现薄涂层或使用低频率传感器时从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度。
2、本发明利用油膜和涂层重叠的超声反射回波来获得四层结构的反射系数，进而利用反射系数的频域特征计算得到全范围的润滑膜厚度。
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4、其中a是重叠的超声反射回波，i是钢-润滑膜界面或钢-涂层界面处的入射信号，r是四层结构的反射系数。本发明推导获得四层结构的反射系数与润滑膜厚度的函数关系。对于表面有涂层的摩擦元件，超声传感器粘贴在油膜侧或涂层侧，即传感器-钢-润滑膜-涂层-钢或传感器-钢-涂层-润滑膜-钢的四层结构，当涂层薄或传感器频率低时，涂层和润滑膜的反射回波会重叠。这两种四层结构的第三层介质(涂层或润滑膜)都能等效成具有复反射系数的界面，因此它们的反射系数都可以表示为：
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6、本发明利用测量得到的四层反射系数获得润滑膜厚度信息。从上式可知四层结构系统的反射系数是润滑膜厚度和涂层厚度的函数，因此，在已知涂层厚度的情况下，四层结构的反射系数可用于计算润滑膜的厚度。四层反射系数可以被用来求解获得介质层3的反射系数和介质层2的相移：
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8、其中r3为介质层3的反射系数，exp(2ik2d2)是介质层2的相移。
9、本发明对于传感器-钢-润滑膜-涂层-钢的四层结构，首先根据加工的涂层厚度，获得涂层(介质层3)的反射系数,进而利用四层结构的反射系数和涂层的反射系数求得润滑膜层(介质层2)的相移，最后根据润滑膜层相移与润滑膜厚度的函数关系计算得到全范围的润滑膜厚度。
10、本发明对于传感器-钢-涂层-润滑膜-钢的四层结构，首先根据加工的涂层厚度，获得涂层(介质层2)的相移,进而利用四层结构的反射系数和涂层的相移求得润滑膜层(介质层3)的反射系数，依据其润滑膜厚度的测量范围，分别采用共振法、相位法和弹簧法，最后根据润滑膜层反射系数的频域特征与润滑膜厚度的函数关系获得全范围的润滑膜厚度。
11、上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
12、本发明获得了四层结构的反射系数与润滑膜厚度的函数关系，并利用四层结构反射系数的频域特征计算得到全范围的润滑膜厚度。对于传感器-钢-润滑膜-涂层-钢的四层结构，利用四层结构的反射系数和涂层的反射系数求得润滑膜层相移，进而获得全范围的润滑膜厚度。对于传感器-钢-润滑膜-涂层-钢的四层结构，利用四层结构的反射系数和涂层的相移求得润滑膜层的反射系数，进而通过选择合适的模型来获得全范围的润滑膜厚度。因此，本发明实现了从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度，以解决当回波波形发生重叠时传统超声模型失效的问题。
1.一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：从重叠的超声反射回波中获得全范围的润滑膜厚度，具体为：利用油膜和涂层重叠的超声反射回波来获得四层结构的反射系数，进而利用反射系数的频域特征计算得到全范围的润滑膜厚度。
2.根据权利要求1所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：所述利用油膜和涂层重叠的超声反射回波来获得四层结构的反射系数，具体是：测量回波信号，记录为参考(入射)信号，获得摩擦元件四层结构中(钢-润滑膜-涂层-钢)重叠的反射回波信号，对重叠的反射回波信号和参考信号进行fft，得到它们的频域响应，将重叠反射回波信号的频谱除以入射信号的频谱，得到四层结构的反射系数。
3.根据权利要求1所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：所述利用油膜和涂层重叠的超声反射回波来获得四层结构的反射系数，具体为：对于传感器-钢-润滑膜-涂层-钢和传感器-钢-涂层-润滑膜-钢的四层结构，其反射系数都可以表示为：
4.根据权利要求3所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：利用四层反射系数可以获得全范围的润滑膜厚度，具体为：利用四层反射系数可获得介质层3的反射系数和介质层2的相移，进而获得全范围的润滑膜厚度：
5.根据权利要求4所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：所述可利用介质层3的反射系数和介质层2的相移获得全范围的润滑膜厚度，具体为：对于传感器-钢-润滑膜-涂层-钢的四层结构，利用涂层厚度可以获得涂层(介质层3)的反射系数，进而获得润滑膜层(介质层2)的相移，最终使用润滑膜层的相移计算得到全范围的膜厚。
6.根据权利要求4所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：所述可利用介质层3的反射系数和介质层2的相移获得全范围的润滑膜厚度，具体为：对于传感器-钢-涂层-润滑膜-钢的四层结构，利用涂层厚度可以获得涂层(介质层2)的相移，进而获得润滑膜层(介质层3)的反射系数，最终使用润滑膜层的反射系数计算得到全范围的膜厚。
7.根据权利要求6所述的一种从重叠回波中获得全范围润滑膜厚度的超声测量方法，其特征在于：使用润滑膜层的反射系数计算得到全范围的膜厚，具体为：依据其润滑膜厚度的测量范围，分别采用共振法、相位法和弹簧法，根据润滑膜层反射系数的频域特征与润滑膜厚度的函数关系获得润滑膜的厚度。
