学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

超声膜厚测量机理及传感器研究

作　者: 唐伟坤
导　师: 马希直
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 反射系数连续模型弹簧模型耦合场压电陶瓷
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

工业生产中,齿轮、轴承、活塞等机械中,其相对运动表面间大部分依靠润滑油来降低摩擦和磨损,合适的油膜厚度是机械设备能否正常工作的一个关键因素。传统测量油膜厚度的方法是基于电学和光学原理,但是由于这些方法都存在一定的缺陷,限制了它们的应用范围。因此,较之利用超声反射系数法测量油膜厚度具有很多优点。本文通过理论研究和实验分析建立了超声反射系数与油膜厚度的关系,并证明了超声反射系数法测量油膜厚度的可行性、准确性。论文以声学及流体力学理论为基础,针对于不同油膜厚度建立了弹簧模型和连续模型,并对这两种模型进行了比较。结果表明:连续模型只需要测量共振频率,无需测量信号的振幅,因此它相对于弹簧模型而言,不易受噪声干扰且操作较为方便,但是若油膜的共振频率大于60MHz,基于连续模型的测量原理不再适用,这时应采用弹簧模型来测量膜厚。由于测量油膜厚度涉及电、固、声等多物理场耦合作用,各元素耦合特性决定着超声传感器的特性。通过解析求解及ANSYS耦合场数值分析,完成了压电陶瓷片选型及超声传感器特性分析。在此基础上,设计并制作了基于超声原理的油膜厚度超声传感器。通过实验完成了压电陶瓷与超声传感器样品的特性分析,并初步验证了超声反射系数法测量油膜厚度原理的合理性。根据测量结果分析了影响超声反射系数法测量准确性的因素,为进一步研究提供了一定的参考依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-21
  1.1 流体润滑简介  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 油膜厚度测量方法的发展  15-18
    1.2.2 超声波测量方法简介  18-20
  1.3 本文主要的研究内容及目标  20-21
第二章反射系数测量膜厚的理论模型  21-35
  2.1 测量膜厚方法的声学基础  21-22
    2.1.1 声压  21
    2.1.2 声速和声阻抗  21-22
  2.2 声波方程  22-23
  2.3 声波反射系数  23-26
    2.3.1 声学边界条件  23-24
    2.3.2 声波反射系数  24-26
  2.4 润滑油膜的反射系数  26-34
    2.4.1 弹簧模型  27-30
    2.4.2 连续模型  30-33
    2.4.3 两种模型的比较分析  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章超声传感器设计  35-58
  3.1 传感器的简介  35-36
    3.1.1 传感器的定义  35
    3.1.2 超声传感器的发展  35-36
  3.2 压电材料  36-41
    3.2.1 压电效应  36-37
    3.2.2 压电材料及其特性  37-39
    3.2.3 压电振子的振动模式  39-40
    3.2.4 压电方程与边界条件  40-41
  3.3 压电陶瓷振子的选取  41-48
    3.3.1 压电陶瓷振型的选择  41-42
    3.3.2 压电陶瓷辐射声场  42-48
  3.4 压电陶瓷的有限元仿真  48-55
    3.4.1 有限元软件ANSYS  48
    3.4.2 ANSYS 中耦合场分析  48-49
    3.4.3 压电陶瓷的耦合仿真  49-55
  3.5 超声传感器的设计  55-57
    3.5.1 声延迟杆的设计  55-56
    3.5.2 压电陶瓷的粘贴  56-57
  3.6 本章小结  57-58
第四章超声膜厚传感器的实验研究  58-72
  4.1 实验目的和内容  58
  4.2 实验方案设计  58-61
    4.2.1 测量压电陶瓷谐振频率  58-59
    4.2.2 超声传感器样品输出信号的分析  59
    4.2.3 静态油膜厚度测量  59-61
  4.3 实验仪器与设备的选择  61-62
    4.3.1 信号源的选择  61
    4.3.2 数据采集设备的选择  61-62
    4.3.3 测试传感器的选择  62
  4.4 信号的产生、采集及数据处理  62-66
    4.4.1 超声信号的产生  62-63
    4.4.2 超声信号的分析  63
    4.4.3 实验的信号采集与数据处理  63-66
  4.5 实验结果及分析  66-70
    4.5.1 压电陶瓷谐振频率的实验结果  66
    4.5.2 超声传感器输出信号的实验结果  66-68
    4.5.3 测量静态油膜厚度的实验结果分析  68-70
  4.6 测量动态油膜厚度的实验设计  70-71
  4.7 本章小结  71-72
第五章总结与展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
在学期间发表的论文  77

超声膜厚测量机理及传感器研究

内容摘要

全文目录

相似论文