基于超声波液压系统压力测试技术的研究进展

　　压力测试是液压系统进行状态监测和故障诊断的重要基础之一。传统的介入式测量由于安装困难，使用条件受限，影响系统动态性能而存在诸多缺陷。

　　超声波在液压中传播时会携带表征其物理性能的各种信息，而且超声测压具有非介入、无损、智能化等优点，有着传统介入式测量法不可比拟的优势。随着传感器、 集成电路和计算机技术的发展，超声测压技术得到了快速发展，因此把该超声测压技术引入到液压系统中具有广阔的应用前景［１－２］。

　　１　研究动态

　　早在１９８９年国内就有了采用超声波测量油管内压力的研究报告，但由于当时没有解决微弱信号的检测和处理方法，因此没有得到广泛应用［３］。

　　１９９２年第二炮兵工程学院研制开发了ＧＷＣＹ超声波管外测压仪，该方法基于声波在液压油中的传播特性建立数学模型，首创了超声波管外测压法，并申报了国家专利［４］。但由于受单片机计算能力和系统模型的限制，该仪器使用时需进行现场标定。

　　随后，国内的浙江大学、江苏大学、重庆大学等也都做了大量深入的研究。浙江大学林韶峰把表面波测应力法引入到液压压力测试当中，结合有限变形和弹性动力学理论，建立了表面波与压力之间的模型。但由于该方法基于薄壁容器，对于管壁厚度和材质有特殊要求［５］。

　　随着研究的深入，小管径压力检测成了研究的一个热点［６］。将小波分析应用到噪声的滤波和回波测量可以提高测量精度，利用神经网络可以更好地建立声速与压力的模型，从而大大提高小管径的压力测试精度。

　　总的来看，当前基于超声波的液压系统压力测试技术主要还是停留在实验室阶段，在工业中尚没有得到广泛应用。

　　２　基于超声波的液压压力测试方法

　　主要有声速测量法、衰减测量法和互相关法。一般地说，测试系统主要由超声波换能器、检测电路、信号处理和显示系统４部分组成。

　　２．１　声速测量法

　　声速测量法是依据液体压力变化引起超声波传播速度变化来达到检测液压系统压力的目的。可分为传播时间法、相位差法和脉冲迭加法。

　　液压油在一定温度下，声速随压力的增高而线性地增加：

　　式中，ｃ为液体中的声速；ｃ_０为常温１个大气压下液体中声速；ｋ为比例系数；ｐ为液体压力。

　　２．１．１　传播时间法

　　如图１所示，探头ＴＲＡ发射并接收超声波，探头ＴＲＢ只接收超声波信号，设超声波在声程为ｄ的油液中传播的声时为ｔ，在声 程 为的壁厚中传播的声时为ｔｓ，由图１可得：