基于KZK方程的在线超声磨粒传感器的设计.pdf

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1、2014年4月润滑与密封Apr．2014第39卷第4期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．39No．4DOI：10．3969／j．issn．O254-0150．2014．04．1306基于KZK方程的在线超声磨粒传感器的设计徐超。张培林王正军李一宁张光原瑞宏(1．军械工程学院七系河北石家庄050003；2．军械工程学院军械技术研究所河北石家庄050003；3．军械士官学校一系湖北武汉431X)75)摘要：针对超声磨粒传感器的设计问题，利用时域KZK方程对超声传感器的声场进行数值模拟，分析传感器的关键参数如晶片半径、焦距和中心频率等对声场的影响。仿真结果表明：传感器的焦距越

2、大，聚焦声场的声压越小、焦斑增大；随着传感器晶片半径的增大，焦斑区域先减小后变大，焦点声压先增加后降低；传感器中心频率越高，焦斑越小，声压先增后降。对比分析发现，KZK方程计算结果与传统经验公式的计算结果有较大差别，在磨粒传感器设计时应予以考虑。关键词：在线磨粒监测；超声波传感器；KZK方程中图分类号：33352+5；TP216文献标识码：A文章编号：0254—0150(2014)4—028—6DesignofOnlineUltrasonicWearDebrisTransducerUsingKZKEquationXuChaoZhangPeilinWangZhengjunLiYiningZ

3、hangGuangYuanRuihong(1．DepartmentSeven，OrdnanceEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China；2．OrdnanceTechnologyResearchInstitute，OrdnanceEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China；3．DepartmentOne，WuhanOrdnanceOfficerSchool，WuhanHubei430075，China)Abstract：Aimedatthedesignofonlineultraso

4、nicweardebristransducer，time—domainKZKequationWasutilizedtosimulatethesoundfieldofultrasonictransducer．Therelatimrshipbetweenthesoundfieldandthekeytransducerparameters，i．e．theradius，thefocallenIgthandthecenter~equencyoftransducerWasanalyzed．Thesimulationresultsshowthatthesoundpressureisdecreaseda

5、ndthefocalspotisincreasedwiththeincreaseofthefocallengthoftransducer．Alongtheincreasingoftransducerradius，thesoundpressureisincreasedfirstandthende—creased，whilethefocalspotchangesinoppositetrend．Alongtheincreasingofthecenter~equeney，thefocalspottendstobesmaller，andthesoundpressureisincreasedfirs

6、tandthendecreased．ThereisagreatdiferencebetweenthecalculationresultsoftheKZKandtheempiriealfor—mula，whichshouldbeconsideredwhendesigningultrasonicweal"debristransducer．Keywords：onlineweal"debrismonitoring；ultrasonictransducer；KZKequation装备机械系统的失效主要是由机构异常磨损导致张永祥等利用惠更斯积分法对不同结构与工况的。对装备机械系统润滑油中的磨损颗粒进

7、行在线监下聚焦式超声传感器的声场进行分析，并提出了传感测，能对其磨损状况进行有效判断和及时维修，以避器的设计原则。但是该模型仅适用于超声波为单频谐免破坏性故障的发生。在线超声磨粒监测技术能在不波的情况，而监测磨粒所用的是高频窄脉冲超声波。处理润滑油的条件下，利用聚焦式超声传感器发射高同时该模型忽略了超声传播过程中的非线性现象与传能超声脉冲波，通过磨粒的散射回波信号对磨粒的大感器表面的二次衍射影响。非线性声学理论及相关实小、分布进行判