基于AlN压电薄膜的超声油膜厚度测量系统关键技术研究

《基于AlN压电薄膜的超声油膜厚度测量系统关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TH11TB551论文编号：102870518-S092学科分类号：080202硕士学位论文基于AlN压电薄膜的超声油膜厚度测量系统关键技术研究研究生姓名李响学科、专业机械电子工程研究方向超声油膜厚度测量指导教师马希直副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonUltrasonicMeasurementSystemofOilFilmThicknes

2、sBasedonAlNPiezoelectricFilmAThesisinMechanicalandElectricalEngineeringbyLiXiangAdvisedbyProf.MaXizhiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证

3、书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着现代工业技术的进步，部分机械设备向着高速、重载、高温等方向发展，高的表面比压、大的载荷冲击和表面间的线速度以及生产工况的恶化，都容易使零部件中的油膜变的很薄，极易破损。为了实现对机械关键设备的油膜厚度进行在线监测，随时了解设备的润滑状态，本文选用超声波法进行油膜厚度测量，拟采用在零件表面沉积AlN压电薄膜并将其制作为超声换能器的方式，以达到不入侵、不损坏机械

4、零件的目的。通过仿真与实验两种手段，对其中所涉及的一些关键技术进行了研究。建立了用于油膜厚度测量的两种理论模型，给出了一定频率下，两种模型的反射系数和油膜厚度计算公式，讨论了不同模型的适用范围。同时，利用有限元法对两种模型进行了仿真计算，并与理论计算结果进行对比，两者有着较好的一致性。建立了厚度伸缩模式压电振子理论模型，并以等效电路的形式画出不同条件下的压电振子和复合换能器的机电等效图，讨论了压电振子的频率特性以及各参数之间的关系。针对AlN压电薄膜复合结构，采用有限元法对电极-AlN-不锈钢结构的三维模型进行了压电-结构耦合分析。同时，基于三层换能器结构，建立了电-固-声耦合分析模型，对Al

5、N超声换能器整体结构进行了频域和时域分析，求解出了其声学共振频率，并分析了换能器在脉冲激励下的声传播过程。对磁控溅射制备AlN压电薄膜的方法与工艺展开了研究，在不锈钢基底上沉积了AlN薄膜，并分析了氮气流量、溅射功率等参数对薄膜结晶性能的影响。利用XRD，SEM等先进仪器对已制备的薄膜进行表征，探究其择优取向生长机理。基于油膜厚度测量理论，设计了两种不同的油膜厚度测量系统，对不同厚度的静态油膜进行了相关实验研究，实验结果良好，为后续油膜厚度测量研究提供了实验参考。关键词：超声反射系数，油膜厚度测量，AlN压电薄膜，反应磁控溅射，多物理场耦合本文得到了国家自然科学基金（基金号No.5147522

6、9）的资助I基于AlN压电薄膜的超声油膜厚度测量系统关键技术研究ABSTRACTInordertorealizeon-linemonitoringofoilfilmthicknessofthemechanicalkeyequipment,thelubricationstateoftheequipmentisalwaysunderstood.Inthispaper,theultrasonicmethodisusedtomeasuretheoilfilmthickness.ItisproposedtoadoptthemethodofdepositingtheAlNpiezoelectricfilm

7、onthesurfaceofthepartandmakingitintoanultrasonictransducer,soastoachievenoinvasionandnodamagemeasurement.Throughthetwomethodsofsimulationandexperiment,somekeytechnologiesinvolvedarestudied.Twotheoreti