超声磨粒传感器非线性声场的数值模拟与实验研究.pdf

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1、2014年7月润滑与密封Ju1．2014第39卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．39No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2014．07．003超声磨粒传感器非线性声场的数值模拟与实验研究徐超张培林王怀光。王正军李一宁吕纯(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)摘要：针对超声磨粒传感器声场的非线性特性对磨粒散射与识别模型的影响问题，利用KZK方程对超声磨粒传感器的非线性声场进行建模。采用时域有限差分法对KZK方程进行数值求解，对聚焦声场的时、频域

2、特性进行分析，发现焦点位置会发生一定偏移；焦斑的轴向长度较大而径向长度很小；焦点附近区域的声压波形及其中心频率均不相同；由于衍射与吸收作用，声场中心频率低于激励中心频率。实验结果验证了仿真结论的正确性。关键词：磨粒监测；超声波传感器；非线性声场；KZK方程中图分类号：TB52．5；TH117．1文献标识码：A文章编号：0254一o15o(2014)7—011—5NumericalSimulationandExperimentalResearchonNonlinearSoundFieldofUltrasonicWearParticleTransducerXuC

3、haoZhangPeiUnWangHuaiguangWangZhengjunLiYiningLvChun。(1．DepartmentSeven，MechanicalEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China；2．OrdnanceTechnologyResearchInstitute，MechanicalEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China)Abstract：Thescatteringandidentifyingmodelofthewearpart

4、icleisinfluencedbythenonlinearcharacteristicofthesurroundingul—trasonicfieldofultrasonicwearparticletransducer．ThenonlinearsoundfieldoftheultrasonicwearparticletransducerwasmodeledbyU·singtheKZKequation，theKZKequationwassolvednumericallybythefinitedifferencetimedomainmethod，andthet

5、ime—domainand~equency—domaincharacteristicswereinvestigated．Theresultsindicatethatthefocuspositionmaydeviatealittle，theaxiallengthofthefocalspotismuchlargerthantheradiallength，thepressurewaveformaswellasthecorrespondingcenter~equeneyvariesinthefocusre—gion，andthecenter~equencyofthe

6、soundfieldislowerthanthatofthesourcesigna1．Theexperimentalresultsvalidatethesimulationconclusion．Keywords：wearparticlemonitoring；ultrasonic~ansducer；nonlinearsoundfield；KZKequation对润滑油中磨损颗粒进行在线监测，能对装备磨的。磨粒通过声场区域并被传感器检测时的位损状况进行及时、有效的评价与判断，是装备预防性置是随机的，因此要求声场是线性均匀的，以保证测维修的有效技术手段之一。国外对

7、超声传感器在磨粒量结果的一致性。非线性声学理论及相关实验已证在线监测上的应用研究开展较早，近些年来国内明，有限振幅的声波在介质中传播时会产生非线性效学者也相继开展了这方面的研究，然而无论国外应。因此超声波在润滑油中传播时，因润滑油的吸收还是国内，至今仍无成熟的超声磨粒传感器产品应用衰减等因素的影响，其声场分布会呈现非线性特征。于工业装备领域。影响超声传感器在磨粒在线监测上同时，聚焦式传感器的焦点横截面上一般是非均匀声应用的主要原因在于，现有磨粒识别方法是基于磨粒场，而对声场进行线性假设，无疑会带来计算误差。超声散射回波信号的声压或声强，对理想球形颗粒在基于此

8、，本文作者将对聚焦式超声磨粒传感器的非线线性声场中的