流体10被包含在腔12内。腔壁14具有暴露到所述流体10的内表面16和通过所述壁14的材料20与所述内表面18分开的外表面18。超声22被引入到所述材料20中。所述超声22通过所述体20的飞行时间的测量允许进行所述流体10的所述压力的测量。
1.一种测量轴承中的润滑流体的压力的方法，所述润滑流体被设置在第一轴承部件和第二轴承部件之间，在使用期间，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件相对彼此移动，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件各自具有暴露到在所述第一轴承部件和所述第二轴承部件之间的所述润滑流体的内表面和各自通过所述第一轴承部件和所述第二轴承部件的材料与所述第一轴承部件或所述第二轴承部件的各自内表面分开的外表面，所述方法包括：在引入位置处将超声引入到所述第一轴承部件的材料中；
在所述超声经过所述第一轴承部件的材料至检测位置处后，检测所述超声；
测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的飞行时间；以及
提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述第一轴承部件的内表面处的所述润滑流体压力的测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过比较所述飞行时间的测量与先前标定的润滑流体压力和飞行时间的测量，提供所述润滑流体压力测量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述超声被在所述第一轴承部件的一个表面处引入并行进到所述第一轴承部件的另一表面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述超声被从所述第一轴承部件的所述另一表面反射并在所述第一轴承部件的所述一个表面处被检测。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第一轴承部件的外表面处引入所述超声。
6.根据前述权利要求1、2、4和5中的任一项所述的方法，其中，所述第一轴承部件的材料为金属。
7.一种用于在使用中设置有润滑流体的轴承的设备，所述轴承包括第一轴承部件和第二轴承部件，在使用期间，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件相对彼此移动，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件各自具有暴露到在所述第一轴承部件和所述第二轴承部件之间的所述润滑流体的内表面和各自通过所述第一轴承部件或所述第二轴承部件各自的材料与各自内表面分开的外表面，所述设备包含：超声换能器装置，操作为在引入位置处将超声引入到所述第一轴承部件的材料中，并且在所述超声经过所述第一轴承部件的材料到检测位置之后，检测所述超声；以及控制装置，操作为测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的飞行时间，并且提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述第一轴承部件的内表面处的所述润滑流体压力的测量。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，通过比较所述飞行时间的测量与先前标定的润滑流体压力和飞行时间的测量，所述控制装置提供所述润滑流体压力测量。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述超声换能器装置操作为在所述第一轴承部件的一个表面处引入超声，以使得所述超声行进到所述第一轴承部件的另一表面。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述超声换能器装置操作为导致超声从所述第一轴承部件的所述另一表面反射并在所述第一轴承部件的所述一个表面处被检测。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述超声换能器装置操作为在所述第一轴承部件的外表面处引入超声。
12.根据权利要求7、8、10和11中的任一项所述的设备，其中，所述第一轴承部件的材料为金属。
13.根据权利要求7、8、10和11中的任一项所述的设备，进一步包括所述轴承。
14.一种轴承，所述轴承包括第一轴承部件和第二轴承部件，所述轴承在使用中设置有润滑流体，在使用期间，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件相对彼此移动，所述第一轴承部件和所述第二轴承部件具有暴露到在所述第一轴承部件和所述第二轴承部件之间的所述润滑流体的内表面，和各自通过所述第一轴承部件和所述第二轴承部件各自的材料与各自内表面分开的外表面，所述轴承还包括：超声换能器装置，所述超声换能器装置操作为在引入位置处将超声引入到所述第一轴承部件的材料中，并且在所述超声经过所述第一轴承部件的材料到检测位置之后，检测所述超声；以及控制装置，所述控制装置操作为测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的飞行时间，并且提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述第一轴承部件的内表面处的所述润滑流体压力的测量。
超声波测量
技术领域
[0001] 本发明涉及超声波测量并且特别地，但非专有地，涉及用于通过超声进行测量的方法和设备。
背景技术
[0002] 超声由机械干扰波组成，该机械干扰波通过材料体以比人类听觉的典型上限频率(大约20kHz)更高的频率而传播。超声波将通过许多不同材料而传播，材料包括流体(液体或气体)以及固体。特别地，超声典型地通过许多金属体更好的传播。超声将在体的表面处和不同材料之间的界面处反射。通过材料传播的超声波的速度取决于材料的物理学，并通常被称为声速或音速。
发明内容
[0003] 本发明的实例提供一种测量含有流体的压力的方法，所述流体被包含在至少部分地通过壁而被限定的腔中，所述壁具有暴露到在所述腔内的所述流体的内表面，和通过所述壁的材料与所述内表面分开的外表面，所述方法包含：
[0004] 在引入位置处将超声引入到所述壁的所述材料中；
[0005] 在所述超声经过所述壁的所述材料到检测位置后，检测所述超声；
[0006] 测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的飞行时间；
[0007] 以及提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述内表面处所述流体压力的测量。
[0008] 通过比较所述飞行时间测量与先前标定(calibrated)的流体压力和飞行时间的测量，提供所述流体压力测量。
[0009] 所述超声在一个表面处被引入并行进到另一表面。所述超声被从另一表面反射并在所述一个表面处被检测。在所述外表面处引入所述超声。
[0010] 所述壁的所述材料为金属。所述壁和腔形成机器的部分或机器部件。所述机器或机器部件包含燃烧腔、轴承、齿轮箱以及凸轮装置。所述流体为润滑剂、压缩流体或致动器流体(actuator fluid)中的一个或多个。
[0011] 本发明的其它实例提供包含腔的设备，所述腔在使用中包含流体，所述腔至少部分地通过壁而被限定，所述壁具有暴露到在所述腔内的所述流体的内表面，和通过所述壁的所述材料与所述内表面分开的外表面，所述设备进一步包含：
[0012] 超声换能器装置，操作为引入位置处将超声引入到所述壁的所述材料中，并且在所述超声经过所述壁的所述材料到检测位置之后，检测所述超声波；以及[0013] 控制装置，操作为测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的所述飞行时间，并且提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述内表面处的所述流体压力的测量。
[0014] 通过比较所述飞行时间测量与先前标定的流体压力和飞行时间的测量，提供所述流体压力测量。
[0015] 所述超声在一个表面处被引入并行进到另一表面。所述超声从所述另一表面反射并在所述一个表面处被检测。在所述外表面处引入所述超声。
[0016] 所述壁的所述材料为金属。所述壁和腔形成机器的部分或机器部件。所述机器或机器部件包含一个或多个燃烧腔、轴承、齿轮箱以及凸轮装置。所述流体为润滑剂、压缩流体或致动器流体。
[0017] 本发明的实例还提供用于和腔一起使用的装置，所述腔在使用中包含流体，所述腔至少部分地通过壁而被限定，所述壁具有暴露到在所述腔内的所述流体的内表面，和通过所述壁的所述材料与所述内表面分开的外表面，所述设备包含：
[0018] 超声换能器装置，所述超声换能器装置操作为在引入位置处将超声波引入到所述壁的所述材料中，并且
[0019] 在所述超声经过所述壁的所述材料到检测位置之后，检测所述超声；以及[0020] 控制装置，操作为测量所述检测的超声从所述引入位置到所述检测位置的所述飞行时间，并且提供作为所述测量的飞行时间的函数的在所述内表面处的所述流体压力的测量。
附图说明
[0021] 本发明的实例将仅通过实例的方式并参考附图被更具体地描述，其中：
[0022] 图1为在材料体中传播的超声的高度简化的和示意的图；
[0023] 图2对应图1，示出根据本发明的一个实例的测量方法；
[0024] 图3为通过用以演示本发明的实例的实验装置的简单剖面图；
[0025] 图4为从图3的实验装置获得的流体压力测量的绘图；
[0026] 图5示出使用机器的流体膜轴承的本发明的实例；以及
[0027] 图6示出使用机器的燃烧腔的本发明的实例。
具体实施方式
[0028] 综述
[0029] 图1为示出包含在腔12内的流体10(斜线阴影)简图。图1中没有示出整个腔12。腔通过壁14而至少部分地被限定，壁14具有暴露到在腔12内的流体10的内表面16。壁14还具有通过该壁的材料20与内表面16分开的外表面18。
[0030] 以22表示超声脉冲。在外表面18上的引入位置A处通过换能器(未在图1中示出)产生超声波，并示出传播通过体20至在内表面16上的检测位置B。下列描述说明了超声22通过体20(壁14的材料)的飞行(flight)时间取决于材料的性质和体20的环境条件。特别地，从引入位置到检测位置的飞行时间取决于在内表面16上通过流体10施加的压力。相应地，实例演示在内表面16处流体压力的测量的提供，作为通过体20的超声22的飞行时间测量的函数。
[0031] 特别地，可以通过比较飞行时间测量与先前标定的流体压力和飞行时间的测量，而提供流体压力测量。还针对温度或引起在飞行时间中的改变的任何其它影响，而标定先前标定的测量。这些问题的进一步说明结合图3在下文陈述。
[0032] 实例1
[0033] 在图2的实例中，通过各自的换能器24、26产生和检测超声22。发射器24和接收器26均位于外表面18处。发射器24将超声引入到体20中，以跨该体传播到内表面16，然后在传播返回到接收器26用于检测之前，从内表面16反射。这允许进行从在发射器24处的引入位置跨到内表面16并返回到在接收器26处的检测位置的整个飞行时间的测量。
[0034] 在该实例中，体20为金属，诸如，不锈钢。换能器为接合到外表面18的区域的10MHz超声换能器，该外表面18具有给定的镜面饰面(finish)以允许低噪音超声被引入到体20中并从体20检测。实例包括压电换能器。
[0035] 发射器24和接收器26与控制装置28连接，控制装置28由定制的电子电路或适当地编程的通用计算机组成，控制装置28通过适当的接口电路与发射器24和接收器26通信。控制装置28的操作在讨论图3之后将被进一步描述。
[0036] 图3示出包含在32处暴露于压力P的流体的理想化的腔30。腔30具有可为不锈钢的端壁34。端壁34具有通过在图3中的实线表示的松弛形式，该松弛形式并被压力P机械地影响。当受到压力时，通过在图3中的虚线高度夸张地表示端壁34的形式的一个实例。
[0037] 在压力P的施加之前，当端壁34处于松弛的状态中，在该实例中的内表面36和外表面38均为平坦并平行的。当施加附加的压力P时，跨壁34出现压差。这被示为导致壁34的表面36、38的变形。这在端壁34的材料内产生机械应力。在其它实例中，一个表面36、38变形，而另一个不变形。作为壁34的材料的压缩的结果，壁34(表面36、38的分隔)的厚度改变，形状改变或不改变。
[0038] 变形或压缩以类似方式也机械地影响侧壁40，但为简单起见，没有在图3中将此示出。
[0039] 与图2中示出的那些相对应，端壁34被提供有发射器24和接收器26。因此，通过考虑图2和上文描述，可以看出，在图3中的发射器24可以在外表面38处将超声引入到壁34的材料内，该超声波然后传播通过端壁34到内表面36，并且然后通过端壁34的体反射回到接收器26。这允许进行在通过从内表面36的反射从发射器24到接收器26的整个飞行时间的测量。
[0040] 我们发现以这种方式测量的飞行时间将随着压力P的改变而改变。图4示出具有图3的几何结构的实验装置的测量的结果，其中压力P是可以被控制的。对腔30维持恒温，同时捕获在图4中示出的数据。水平轴代表时间。反复进行飞行时间的测量，在图4的绘图上产生水平痕迹。周期性地，在装置内的压力被改变。如从图4的痕迹中的阶跃改变可以看到的，每次这均导致在测量的飞行时间中的阶跃改变。在该装置内的压力被示为图4的绘图的邻近的每个阶跃P1、P2等。应当注意，以重复的方式，可以改变压力以增加或减少飞行时间，表明现象基于弹性改变而不是塑性变形。
[0041] 现在回到图2，可以理解，如果实验装置(从该实验装置收集数据)在所有有关方面(材料、几何结构、温度以及其它参数)对应于在图2中的环境(在该环境中使用设备)，图4示出的实验数据可以被用于在图2中示出的装置中进行的标定的测量。备选地，通过从图2的装置获取的标定测量，获得标定数据，同时压力P为可控的和已知的。对应于图4的标定数据在42处存储为通过控制装置28可访问的。控制装置28能够通过指示发射器24将超声引入到体20中，并且对于接收器26以收听从内表面16接收的回声，来初始化测量。这允许控制装置28测量跨体20并回到接收器26的飞行时间。然后通过控制装置28，比较测量的飞行时间与在42处的标定数据，以便提供在内表面16处的流体压力的测量，作为飞行时间测量的函数。
在标定数据42也被针对诸如温度的其它参数而标定的情况下，有必要从诸如温度传感器44的适当的传感器向控制装置28提供附加信息。
[0042] 解释性讨论
[0043] 回到图3，上文已经注意到，随着压力P增加，端壁34通过向外膨胀变形，在壁34的材料内产生应力。在诸如金属(例如，不锈钢)的材料内的应力应理解为影响超声的声速。因此，在材料内的压力被期望为引起穿越在内表面36与外表面38之间的壁34的超声的飞行时间的改变的因素。在图3的情况下，通过压力P施加的压缩力也将具有压缩壁34的材料的的影响，因此减少壁34的厚度。这将减少用于超声穿过壁的厚度(在外表面38与内表面36之间)的路径长度。因此，壁厚度的压缩为导致跨在内表面36与外表面38之间的壁34的超声的飞行时间的减少的因素。
[0044] 我们已经实现，在加压的流体被金属壁包含的许多实际情况中，在流体压力中的改变将导致在材料应力和壁厚度的这两个因素中的改变。这些因素均被理解为影响飞行时间。还有也随流体压力改变而影响飞行时间的其它因素。改变将发生在难以识别、计算或建模的特别情况中，但是在许多实际情况中将为可测量的。如上文描述进行的并且然后被记录用于将来参考的的标定测量，将允许在飞行时间中的可测量的改变被用于测量流体压力。相应地，虽然在图3中示出的几何结构将比在机器或机器部件内实际上遇到的许多几何结构简单得多，然而我们相信，上文描述的原理将仍然适用，特别地如果进行标定测量并且如果可以影响飞行时间的其它因素(诸如温度)被保持不变或被并入到标定数据内。
[0045] 轴承(bearing)
[0046] 剩余的附图示出可以应用上文描述的原理的实际情况的实例。图5示出轴承46的部分的截面图，该轴承46具有第一轴承部件48和第二轴承部件50。这些分别具有在使用期间相对彼此移动的表面52、54，并通过润滑流体56润滑。在使用期间，流体56将受到压力。因此，流体56将施加压力到第一轴承部件48，导致第一部件48受到相对于图3的上文描述的方式的影响。相应地，发射器24和接收器26的使用将允许超声22被引入到第一部件48中，以便以上文描述的方式测量流体56的压力。为清楚起见，从图5中省去了控制装置28和相关的结构。
[0047] 燃烧腔
[0048] 在图6中示出实际实施的另一实例。其示出在燃烧腔60中的燃烧气体58(由剖面线示出)。如箭头62所指示的，燃烧气体58可流动。在燃烧腔壁64的内表面16上施加燃烧气体58的压力。因此，在壁64的外表面18处可以再次使用发射器24和接收器26，以便测量在腔60内的燃烧气体58的压力。在该实例中，在燃烧腔60内的可能的高的并可变的温度将会使得，期望在各种不同的温度进行标定测量，并期望控制装置28(未在图6中示出)被提供有来自适当的温度传感器(未示出)的数据。用于温度改变的标定被预期为，在下面情况中更简单得实现，其中在腔壁64中导热系数的速率比通过压力改变引起的应力传播的速率慢得多。
[0049] 结束语
[0050] 我们期望，典型地用于制造机器和机器部件的在金属中的高频率和高速度的超声，将允许以上文描述的方式进行压力测量，充分精确以允许压力测量被用于实时的各种监视和控制目的，同时机器或机器部件在使用中。
[0051] 没有脱离本发明的范围下，可以对上文描述的设备进行许多变化和修改。已经在若干不同实例中描述了金属体。金属可为不同材料的多层。例如，轴承典型地由不同材料的多层构成。它们可为三金属(诸如铁/铜/铅)。在本说明书中术语“金属”的使用旨在包括金属合金。其它材料可以被使用。
[0052] 单独的换能器已经被描述用于超声传输和接收。单换能器可以备选地使用(作为收发器)。在那样的情况下，引入位置和检测位置将为相同的。
[0053] 然而，在上文说明书中的努力吸引注意力到被相信为特别重要的本发明的那些特征，应当理解，申请人要求保护关于在上文中提及的和/或在附图中示出的不论是否已经在上面特别强调的任何可获得专利的特征或特征的组合。
