单个超声探头实现宽范围润滑膜厚度测量的方法及验证平台

技术领域：

本发明属于超声波精密测量技术领域，涉及一种液体润滑膜厚度测量 的方法，特别是一种单个超声探头实现宽范围润滑膜厚度测量的方法及验 证平台。

背景技术：

为提高轴承等机械元件的使用寿命，常常在其摩擦副间添加油、水等 流体进行润滑，而当润滑膜厚度过大或者过小时都会引起润滑质量下降， 例如轴承与主轴间的润滑膜厚度过小时，润滑膜容易在重载或瞬态载荷工 况下受到破坏失效，导致烧瓦、抱轴现象的发生。因此，为提高润滑质量， 需要对润滑膜厚度进行实时测量。

目前常用的膜厚测量方法有电学法、电磁法、光学法和超声波法。相 比于前三种方法，超声波法具有更好的工业适用性(即对摩擦副的材质无 特殊要求)。用于润滑膜厚度测量的超声波法根据测量原理的不同可分为共 振模型、相位模型和弹簧模型，其中共振模型常用于高膜厚测量，相位模 型常用于中等膜厚测量，弹簧模型常用于低膜厚测量。然而目前在使用超 声法测量润滑膜厚度时，一般是无依据、盲目地选择超声波探头型号，选 择的探头是否能实现期望的膜厚测量范围则无法判断，只能通过实验结果 来不断尝试并更换型号；另外，超声法测量膜厚时一般选择三种模型(共 振模型、相位模型、弹簧模型)中的一种，而只使用一种模型存在测量范 围窄的缺点，因此当测量宽范围膜厚时，则需要尝试不同模型或者更换不 同型号探头来实现。由此可见，研究一种探头选型的策略及三种模型结合 的方法具有比较重要的意义。

此外，目前关于超声法测量膜厚的验证平台较少且现有装置也存在较 多不足。有的研究者通过在玻璃板间滴加油滴的方式来形成一定厚度的润 滑膜，或通过更换不同厚度的间隙调整块得到待测厚度的液体膜，或通过 在不锈钢表面加工不同深度的凹槽来形成不同厚度的润滑膜，然而这些情 况下的润滑膜厚度无法连续调整；还有的研究者通过搭建楔形间隙来形成 不同厚度的润滑膜，然而这种方法需要不停调整探头位置、很难保证形成 的理论膜厚的精度，且形成的膜厚范围较小。因此，设计一种超声法测量 膜厚的新型验证平台具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术及平台存在的上述缺陷，需求研究一 种给定期望膜厚测量范围下的探头选型策略，并在选定该型号的探头基础 上，将三种测量模型结合，设计三种模型的自动调用规则，从而实现单个 探头测量宽范围的润滑膜厚度。因此本发明寻求设计提供一种单个超声探 头实现宽范围润滑膜厚度测量的方法及验证平台，用以克服目前探头选型 无规则、单个探头测量范围狭窄、验证平台无法连续调整膜厚、无法大范 围调整膜厚等缺点。

为实现上述目的，本发明涉及的单个超声探头实现宽范围润滑膜厚度 测量的方法，其关键是在给定的期望膜厚测量范围下利用相位模型反向选 择超声波探头型号，在选择该探头型号基础上，将共振模型、相位模型、 弹簧模型结合并研究自动调用规则，可实现单个探头对宽范围膜厚的测量， 具体步骤按照如下方式进行：

S1、确定待测润滑膜的密度ρ

S2、假定期望测量的膜厚范围为h

S3、利用公式(10)得到最小膜厚值h

S4、利用得到的有效带宽范围f

选择一款实际中心频率与f

S5、在S4选择某型号超声波探头的基础上，将相位模型与共振模型、 弹簧模型结合实现单个探头对宽范围膜厚的测量，代替目前必须多个探头 才能实现宽范围膜厚测量的方案，具体步骤如下：

(1)应用共振模型计算润滑膜厚度h的公式为：

式中，n为共振阶数，f

该型号超声波探头的实际带宽为f

(2)应用弹簧法计算润滑膜厚度h的公式为：

式中，f为超声波探头的频率，R为反射系数。

该型号超声波探头的实际带宽为f

式中，R

S6、在膜厚的实际测量过程中，相位模型、共振模型、弹簧模型三模 型自动调用规则的步骤如下：

(1)若反射系数R的相位θ随探头频率f的增加而呈现递减的趋势， 则利用相位模型(即公式(10))对膜厚进行计算；

(2)若相位随频率的关系不满足上述变化趋势，则对声波反射信号的 幅值进行快速傅里叶变换，得到反射系数R的幅值与采样频率f的关系曲 线；

(3)若步骤(2)中的反射系数曲线存在零幅值点，则利用共振模型 (即公式(4))计算膜厚；若不存在则根据弹簧模型(即公式(6))计算膜 厚，反射信号处理流程如附图5所示；

本发明涉及的步骤S2中相位模型的膜厚计算公式具体推导过程为：

SS1、中间层为润滑膜的三层介质，当润滑膜的厚度远小于超声波的波 长时，其反射系数R的表达式为：

式中，ρ

SS2、第一步SS1中的反射系数在复数域中可看作是由实部

SS3、将弹簧刚度系数表达式带入式子(9)中，当润滑膜两侧的摩擦 副相同时，由式子(9)可得到膜厚h的表达式为：

为验证上述策略和调用规则的可行性，本发明涉及的一种润滑膜厚度 测量验证平台通过如下技术方案实现：

一种润滑膜厚度测量验证平台的具体结构由粗调单元、微调单元、调 平单元、数据处理单元四部分组成。其中粗调单元的主体结构包括：1-旋 转手轮、2-角接触球轴承、3-箱体、4-蜗杆、5-蜗轮、6-右侧支撑轴、7- 右侧齿轮、8-左侧齿轮、9-左侧支撑轴、10-滚动轴承、11-左侧齿条、12- 支撑弹簧、13-左侧齿条导轨、14-右侧齿条、15-右侧齿条导轨、16-粗调 平台；微调单元的主体结构包括：17-花形旋钮、18-螺杆、19-柔性伸缩件、20-微调平台；调平单元的主体结构包括：21-调节螺栓、22-挡板、23-球 铰座滑块、24-滑块导轨、25-压缩弹簧、26-球铰头、27-球铰杆、28-铰链、 29-旋转调平台；数据处理单元的主体结构包括：30-水槽、31-超声波探头、 32-数据传输线、33-连接板、34-超声波脉冲发射/接收仪、35-示波器、36- 计算机；

如附图8所示，旋转手轮1位于蜗杆4的左端部，蜗杆4通过左右两 端的角接触球轴承2固定在箱体3的左右端面；蜗轮5位于蜗杆4的上方， 并通过右侧支撑轴6将运动传递给另一侧的右侧齿轮7，左侧齿轮8与右侧 齿轮7啮合进行运动传递；右侧支撑轴6与左侧支撑轴9的前后端通过滚 动轴承10固定在箱体3的前后端面；在左侧齿轮8的左侧有左侧齿条11， 左侧齿条11能够沿左侧齿条导轨13运动，且左侧齿条11的下端通过支撑 弹簧12预紧和支撑，左侧齿条导轨13和右侧齿条导轨15通过内六角螺钉 固定在箱体3左右两侧端面；粗调平台16通过焊接的方式固定在左侧齿条 11和14的上端，并可以随左侧齿条11和14上下运动；在右侧齿轮7的右 侧设置有右侧右侧齿条14，右侧右侧齿条14能够沿右侧齿条导轨15运动；

如附图9所示，花形旋钮17位于螺杆18的左端部，螺杆18贯穿两个 对称分布的柔性伸缩件19，并与柔性伸缩件19的内孔螺纹啮合；柔性伸缩 件19的下端通过内六角螺钉固定在粗调平台16的上表面，上端则通过内 六角螺钉固定在微调平台20的下表面；利用位移传感器可监测微调平台20 的微量位移变化。

如附图10所示，在微调平台20的上表面设有滑块导轨24，三个滑块 导轨圆周方向相隔120°；导轨24内部包括调节螺栓21、挡板22、球铰座 滑块23和压缩弹簧25；调节螺栓21穿过挡板22，并与挡板22内螺纹孔 啮合，调节螺栓21旋转并顶住、推动球铰座滑块23挤压压缩弹簧25向中 心运动；球铰座滑块23后部设置压缩弹簧25，目的是当调节螺栓21倒转时，压缩弹簧25可推动球铰座滑块23向外运动；球铰杆27连接着上方的 旋转调平台29以及下方的微调平台20，球铰杆27下端设置为球铰头26， 而球铰头26是嵌入在球铰座滑块23的上表面球形凹槽内，球铰杆26上端 则是通过铰链28与旋转调平台29连接；当旋转调节螺栓21时，球铰座滑 块23带动球铰杆27运动，从而使得球铰杆27上端支撑点高度发生变化， 改变旋转调平台29的倾斜角度。

如附图11所示，水槽30放置在旋转调平台29的上表面；连接板33 通过螺钉固定在箱体3的右侧端面上；超声波探头31放于连接板33左端 的上表面；超声波脉冲发射/接收仪34、示波器35、计算机36位于箱体3 的右侧，并与超声波探头通过数据传输线32进行连接。

为检验单个探头实现宽范围润滑膜厚度测量的方法，本发明涉及的验证平 台使用步骤如下：

S1、根据验证平台的总体装配图对其进行搭建、组装；

S2、利用水平仪测定连接板33上表面的倾斜度，其次再利用水平仪测 定水槽30底部的倾斜度，比较两次的倾斜度，如果倾斜度不同则利用调节 螺栓21驱动球铰座滑块23，而球铰座滑块23又通过球铰头26带动球铰杆 27运动，从而调节旋转调平台29的倾斜幅度，最终使水槽30底部与连接 板33上表面的倾斜幅度相同；

S3、利用选择的超声波探头31采集界面(连接板33的下底面-空气) 的声波反射信号θ

S4、先将水槽30内放入一定量的水，以浸没连接板33上表面为宜， 旋转手轮1带动蜗杆4、蜗轮5、右侧齿轮7、左侧齿轮8、左侧齿条11、 右侧齿条14运动，从而驱动粗调平台16向上移动，进而带动水槽30向上 快速运动，此时为平台的粗调功能；当水槽30的底部距离连接板33下表 面很近时，使用平台的微调功能，即调节花形旋钮17驱动螺杆18运动使 得柔性伸缩件19向内收缩形变，从而提高水槽30的高度(具体高度值可 通过电容位移传感器测量)，当水槽30底部的上表面与连接板33的下表面 刚好接触时，此时理论膜厚为0；

S5、由于验证平台具有粗调和微调功能，故根据膜厚调节精度可分为 两种情况：当需要的膜厚调节精度不高时，通过旋转手轮1驱动粗调平台 16向下移动10μm，从而使得水槽30向下移动10μm，则此时理论膜厚h

S6、利用超声波探头31采集界面(连接板33下表面-润滑膜)的反射 信号θ

S7、根据前述的三种模型自动调用规则可得到实际膜厚值h'

S8、根据实际需要，选择粗调单元或微调单元改变润滑膜厚度并根据 S6、S7可得到一系列的测量膜厚值，并与理论膜厚值进行对比，验证所选 探头的测量范围、探头选型策略以及三模型自动调用规则。

本发明与现有技术相比，取得的有益效果如下：

1、本发明的探头选型策略，可根据期望测量膜厚范围精准选择超声波 探头的型号，避免了目前无依据地选择探头型号的盲目性、减少了通过不 断更换探头型号来测量期望膜厚的重复性，具有节省探头选型时间的优势。

2、本发明的三模型自动调用规则，将共振模型、相位模型及弹簧模型 结合在一起，根据反射系数频域曲线自动判断适用的模型，拓宽了单个探 头的膜厚测量范围，解决了目前测量宽范围膜厚需要多个探头的系统复杂 性及高成本问题。

3、本发明的润滑膜厚度测量验证平台集粗调、微调、调平功能于一体， 功能齐全且结构简单，既可实现膜厚快速调节(粗调精度可达10μm)、精 细化调节(微调精度可达1μm)，又可以对两摩擦副表面的平行度进行调整 (平行度是保证探头测量精度的首要条件)，克服了现有测量平台膜厚调节 范围小、膜厚无法连续变化、膜厚调节精度单一、无机械调平机构等不足。

附图说明：

图1为本发明涉及的三层介质模型示意图。

图2为本发明涉及的时间差法测量声波在润滑剂中传播速度的原理图。

图3为本发明涉及的时间差法测量声波在摩擦副中传播速度的原理图。

图4为本发明涉及的相位频域曲线与膜厚曲线，其中(a)为相位频域曲 线，(b)为膜厚曲线。

图5为本发明涉及的反射信号的处理流程示意图。

图6为本发明涉及的三种模型的膜厚测量范围图。

图7为本发明涉及的润滑膜厚度测量验证平台的整体结构示意图。

图8为本发明涉及的润滑膜厚度测量验证平台的粗调单元的结构示意 图，其中(a)为粗调单元结构整体图，(b)为箱体左端面正对手轮位置的 分度盘示意图。

图9为本发明涉及的润滑膜厚度测量验证平台的微调单元的结构示意 图。

图10为本发明涉及的润滑膜厚度测量验证平台的调平单元的结构示意 图，其中(a)为仰视示意图，(b)为俯视示意图。

图11为本发明涉及的润滑膜厚度测量验证平台的数据处理单元的结构 示意图。

图12为本发明涉及的润滑膜厚度调节原理示意图。

图13为本发明涉及的润滑膜厚度的理论测量范围与实际测量范围对 比图，其中(a)为小于10μm膜厚的测量结果，(b)为大于10μm膜厚的 测量结果。

图中：1-手轮、2-角接触球轴承、3-箱体、4-蜗杆、5-蜗轮、6-右侧 支撑轴、7-右侧齿轮、8-左侧齿轮、9-左侧支撑轴、10-滚动轴承、11-左 侧齿条、12-支撑弹簧、13-左侧齿条导轨、14-右侧齿条、15-右侧齿条导 轨、16-粗调平台、17-花形旋钮、18-螺杆、19-柔性伸缩件、20-微调平台、 21-调节螺栓、22-挡板、23-球铰座滑块、24-滑块导轨、25-压缩弹簧、26-球铰头、27-球铰杆、28-铰链、29-旋转调平台、30-水槽、31-超声波探头、 32-数据传输线、33-连接板、34-超声波脉冲发射/接收仪、35-示波器、36- 计算机。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明专利进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的探头型号选择策略，具体步骤按照如下方式进行：

S1、涉及的摩擦副为三层介质模型(如附图1所示)，待测润滑膜为水 膜(密度ρ

S2、在已知水槽深度a＝100mm的情况下，探头接收到水膜-水槽底部的 反射信号R

S3、在已知45钢摩擦副材质厚度b＝20mm的情况下，探头分别接收到 分界面1(水膜-45钢上表面)以及分界面2(水膜-45钢下表面)的超声 反射信号，两个信号的时间差值为Δt

S4、利用公式(10)得到3μm和60μm两种情况下的相位频域理论曲 线，根据相位选择经验(θ在0.05～0.9范围内可以任意选择)，不失一般 性，本实施例选择3μm膜厚时的相位值0.404作为式子(2)中的最大相 位θ

S5、根据式(1)、式(2)可得到在期望测量膜厚范围(3μm～60μm)条 件下，探头有效带宽(-6dB)对应的频率范围为：

S6、根据S5计算的有效带宽可得到超声波探头的中心频率为：

S7、根据步骤S6得到的超声波探头中心频率期望值f

S8、使用S7选择的探头并基于相位模型可以测量的膜厚范围为(3μm～ 60μm)。为拓宽该探头的测量范围，考虑结合共振模型与弹簧模型时探头 测量的膜厚范围为：

(1)探头带宽为3.04MHz～14.99MHz，共振阶数n为1，由式(5)得该 探头利用共振模型可以测量的膜厚范围为：

49.37μm≤h≤243.42μm

(2)探头带宽为3.04MHz～14.99MHz，由式(7)得该探头利用弹簧模型 可以测量的膜厚范围为：

1.55μm≤h≤4.96μm

因此，该型号探头(V111-RM)在使用中利用三种模型可测量膜厚范围 为1.55μm～243.42μm，比只使用单个模型(相位模型)的测量范围(3 μm～60μm)要宽广很多，如附图6所示。

本实施例涉及的三种模型(共振模型、相位模型、弹簧模型)自动调 用规则，具体步骤按照如下方式进行：

S1、将来自于分界面(连接板下表面-水膜)的反射信号时域曲线利用 傅里叶变换转化为频域曲线，得到反射系数的相位θ与采样频率f的关系 曲线；

S2、如果相位θ随采样频率f的增加而呈现递减的趋势，则根据公式 (10)对膜厚进行计算；

S3、若相位θ随采样频率f的关系不满足S2中的变化趋势，则对分界 面的反射信号幅值利用快速傅里叶变换转化为频域曲线，得到反射系数R 的幅值与采样频率f的关系曲线；

S4、若S3中的反射系数曲线存在零幅值点，则利用共振模型(即公式 (4))计算膜厚；若不存在则根据弹簧模型(即公式(6))计算膜厚，反射 信号处理流程如附图5所示。

为验证上述探头型号选择策略及三种模型自动调用规则的可靠性，本 实施例涉及的一种润滑膜厚度测量验证平台通过如下技术方案实现：

一种超声测量验证平台的具体结构由粗调单元、微调单元、调平单元、 数据处理单元包括有四部分；其中粗调单元主要有：1-手轮、2-角接触球 轴承、3-箱体、4-蜗杆、5-蜗轮、6-右侧支撑轴、7-右侧齿轮、8-左侧齿 轮、9-左侧支撑轴、10-滚动轴承、11-左侧齿条、12-支撑弹簧、13-左侧 齿条导轨、14-右侧齿条、15-右侧齿条导轨、16-粗调平台，微调单元主要 有：17-花形旋钮、18-螺杆、19-柔性伸缩件、20-微调平台。调平单元主 要有：21-调节螺栓、22-挡板、23-球铰座滑块、24-滑块导轨、25-压缩弹 簧、26-球铰头、27-球铰杆、28-铰链、29-旋转调平台，数据处理单元主 要有：30-水槽、31-超声波探头、32-数据传输线、33-连接板、34-超声波 脉冲发射/接收仪、35-示波器、36-计算机。

如附图8所示，旋转手轮1位于蜗杆4的左端部，蜗杆4通过左右两 端的角接触球轴承2固定在箱体3的左右端面；蜗轮5位于蜗杆4的上方， 并通过右侧支撑轴6将运动传递给另一侧的右侧齿轮7，左侧齿轮8与右侧 齿轮7啮合进行运动传递；右侧支撑轴6与左侧支撑轴9的前后端通过滚 动轴承10固定在箱体3的前后端面；在左侧齿轮8的左侧(或右侧齿轮7的右侧)有左侧齿条11(或右侧齿条14)，左侧齿条11可沿左侧齿条导轨 13运动，且左侧齿条11的下端通过支撑弹簧12预紧和支撑，左侧齿条导 轨13和右侧齿条导轨15通过内六角螺钉固定在箱体3左右两侧端面；粗 调平台16通过焊接的方式固定在左侧齿条11和14的上端，并可以随左侧 齿条11和14上下运动。

如附图9所示，花形旋钮17位于螺杆18的左端部，螺杆18贯穿两个 对称分布的柔性伸缩件19，并与柔性伸缩件19的内孔螺纹啮合；柔性伸缩 件19的下端通过内六角螺钉固定在粗调平台16的上表面，上端则通过内 六角螺钉固定在微调平台20的下表面；利用位移传感器可监测微调平台20 的微量位移变化。

如附图10所示，在微调平台20的上表面设有滑块导轨24，三个滑块 导轨圆周方向相隔120°；导轨24内部包括调节螺栓21、挡板22、球铰座 滑块23和压缩弹簧25；调节螺栓21穿过挡板22，并与挡板22内螺纹孔 啮合，调节螺栓21旋转并顶住、推动球铰座滑块23挤压压缩弹簧25向中 心运动；球铰座滑块23后部设置压缩弹簧25，目的是当调节螺栓21倒转时，压缩弹簧25可推动球铰座滑块23向外运动；球铰杆27连接着上方的 旋转调平台29以及下方的微调平台20，球铰杆27下端设置为球铰头26， 而球铰头26是嵌入在球铰座滑块23的上表面球形凹槽内，球铰杆26上端 则是通过铰链28与旋转调平台29连接；当旋转调节螺栓21时，球铰座滑 块23带动球铰杆27运动，从而使得球铰杆27上端支撑点高度发生变化， 改变旋转调平台29的倾斜角度。

如附图11所示，水槽30放置在旋转调平台29的上表面；连接板33 通过螺钉固定在箱体3的右侧端面上；超声波探头31放于连接板33左端 的上表面；超声波脉冲发射/接收仪34、示波器35、计算机36位于箱体3 的右侧，并与超声波探头通过数据传输线32进行连接；水槽29和连接板 30的材料选择45钢。

设计的润滑膜厚度测量验证平台在使用时，具体操作步骤如下：

步骤1、根据验证平台的总体装配图对其进行搭建、组装；

步骤2、测量验证平台的调平：

S1、首先把水平仪放在连接板33的上表面，观察并记录气泡的准确位 置；然后把水平仪放在水槽30底部的上表面，观察记录气泡的准确位置。 如果两次的气泡位置不同则利用调节螺栓21驱动球铰座滑块23，而球铰座 滑块23又通过球铰头26带动球铰杆27运动，从而调节旋转调平台29和 水槽30的倾斜幅度，最终使水槽30底部的上表面与连接板33上表面的倾 斜幅度相同(不需要使水槽30底部和连接板33都完全水平，只要保证两 者的上表面相互平行即可，因为这是保证测量精度的首要条件)。

步骤3、采集参考信号：

S1、利用选择的超声波探头31采集界面(连接板33的下底面-空气) 的参考反射信号θ

步骤4、调整初始水膜厚度：

S1、验证平台具有粗调和微调功能，两种功能对应的平台升降位移及 水膜厚度调整精度不同；

S2、若采用粗调功能，需要手工转动旋转手轮1，经蜗杆4、蜗轮5、 右侧齿轮7、左侧齿轮8、左侧齿条11和右侧右侧齿条14的运动传递，从 而驱动粗调平台16向上(或向下)运动。粗调平台16的输出位移与控制 旋转手轮1的旋转角度之间的定量关系为：

式中，x

S3、若采用微调功能，需要转动花形旋钮17驱动螺杆18运动，由于 螺杆18两端的螺纹旋向相反，会使得柔性压缩体19向内收缩(或向外扩 张)，这种收缩(或扩张)导致的弹性微变形可实现微调平台20的微位移 提升(或下降)，利用电容位移传感器可监测微调平台20实现精度高达1 μm的位移输出；

S4、完成步骤4的S1之后，先将水槽30内放入一定量的水，以浸没 连接板33上表面为宜，旋转手轮1带动粗调平台16及水槽30向上快速运 动，此时粗调功能使得水槽30快速上升；当水槽30的底部距离连接板33 下表面很近时，调节花形旋钮17使得柔性伸缩件19向内收缩形变，此时 的微调功能可缓慢提升水槽30的高度(具体高度值可通过电容位移传感器 测量)，当水槽30底部的上表面与连接板33的下表面刚好接触时(位移传 感器示数不再变化)，此时初始理论水膜厚度h

S5、水膜厚度测量过程：

SS1、根据膜厚调节精度可分为两种情况：如果需要测量的理论水膜厚 度较小时采用微调功能，通过花形旋钮17驱动螺杆18运动使得柔性伸缩 件19向外膨胀发生弹性变形，从而带动微调平台20和水槽30向下运动1 μm(润滑膜厚度调节原理如附图12所示)，则此时理论膜厚h

SS2、利用超声波探头31采集分界面(连接板33的下表面-水膜)的 反射信号θ

SS3、根据前述的三种模型自动调用规则可得到实际膜厚值h'

SS4、重复步骤S5的SS1，继续降低微调平台20的高度，从而增大连 接板与水槽底部之间的水膜厚度，当理论膜厚分别为h

SS5、步骤S5的SS1中如果需要测量的理论水膜厚度较大时采用粗调 功能，通过旋转手轮1驱动粗调平台16向下移动10μm，从而使得水槽30 向下移动10μm，则此时理论膜厚h

SS6、重复SS2-SS3，可测量得到实际膜厚值h'

SS7、重复SS5，继续降低粗调平台16的高度，从而增大连接板33底 部与水槽30之间的水膜厚度，当理论膜厚分别为h

SS8、结合验证平台的粗调功能和微调功能，可形成不同精度的水膜厚 度，将水膜厚度的实际测量值与理论值进行对比，从而既验证超声波探头 选型策略的可靠性，又验证三个模型自动调用规则的可靠性，实现单个超 声探头测量宽范围的润滑膜厚度(实施例测量结果如图13所示)。

为解决摩擦副(如轴承-主轴)之间润滑膜厚度需要多个超声探头配合 测量造成的系统复杂性及高成本问题，本实施例提出了单个探头实现宽范 围膜厚的测量方法，包括给定期望测量膜厚下的探头选型策略以及三种模 型自动调用规则。为验证提出的测量方法，本实施例还设计了一种润滑膜 厚度测量验证平台。本发明提出的探头选型策略及三模型自动调用规则， 不仅可以根据期望测量的膜厚来精准选择探头型号、实现选型过程的省时 省力，还可以减少宽范围膜厚测量时需要的探头数量及使用成本；而设计 的验证平台集粗调、微调、调平功能于一体，既可实现宽范围膜厚、连续 变化膜厚调整，又可以实现两摩擦副平行度的机械调整等。综上，本发明 不仅对于选择探头型号及提高测量范围具有较高的实践意义，而且对于膜 厚不同调整精度的集成化具有较好推广价值。

本发明内容为较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制。 在本领域技术人员阅读上述内容后，基于本发明原理进行的改变、组合、 简化均为等效的替换方式，因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求 来限定。