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1、(10)申请公布号 CN 104330478 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104330478 A (21)申请号 201410648203.1 (22)申请日 2014.11.14 G01N 29/24(2006.01) G01N 29/028(2006.01) G01N 29/024(2006.01) G01N 29/032(2006.01) (71)申请人 湖南五凌电力工程有限公司 地址 410004 湖南省长沙市天心区五凌路 188 号 (72)发明人 胡边 苏明旭 张宏治 魏宇明 何峰 曾维才 刘峰 (74)专利代理机构 湖南兆弘专利事务所 43008 代理人 。
2、钟声 廖元宝 (54) 发明名称 一种汽轮机油参数测量探针及测量方法 (57) 摘要 本发明公开了一种汽轮机油参数测量探针， 包括测量框架， 所述测量框架的中部设置有用于 放置待测物品的测量区， 所述测量框架的一端安 装有超声传感器， 另一侧安装有电声传感器， 所述 电声传感器包括外壳， 所述外壳内设置有超声换 能器和PMMA匹配层， 所述PMMA匹配层的一端与所 述超声换能器耦合， 另一端镀有金属电极 ； 所述 外壳的内壁上设置有电介质层， 靠近金属电极的 电介质层与外壳之间设置有金属环电极。本发明 的测量探针具有结构简单、 使用方便的优点。 另外 本发明还公开了一种应用测量探针测量汽轮机油。
3、 声阻抗、 声速、 电动电位及颗粒度的方法， 其方法 具有过程简单、 测量精准、 快速便捷的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 9 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104330478 A CN 104330478 A 1/4 页 2 1. 一种汽轮机油参数测量探针， 其特征在于， 包括测量框架 (1)， 所述测量框架 (1) 的 中部设置有用于放置待测物品的测量区(11)， 所述测量框架(1)于测量区(11)的一端安装 有超声传感器(3)， 另一端安装有电声传感。
4、器(2)， 所述电声传感器(2)包括外壳(21)， 所述 外壳 (21) 内设置有超声换能器 (23) 和 PMMA 匹配层 (24)， 所述 PMMA 匹配层 (24) 的一端与 所述超声换能器 (23) 耦合， 另一端镀有金属电极 (25) ； 所述外壳 (21) 的内壁上设置有电 介质层(22)， 所述电介质层(22)与外壳(21)之间于靠近金属电极(25)设置有金属环电极 (26)。 2. 根据权利要求 1 所述的汽轮机油参数测量探针， 其特征在于， 所述金属环电极 (26) 与所述金属电极 (25) 处于同一横截面上。 3. 根据权利要求 1 所述的汽轮机油参数测量探针， 其特征在于。
5、， 所述 PMMA 匹配层 (24) 厚度为 15 50mm。 4.根据权利要求1所述的汽轮机油参数测量探针， 其特征在于， 所述电声传感器(2)的 轴线与所述超声传感器 (3) 的轴线位于同一直线上。 5. 一种汽轮机油声阻抗参数的测量方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： S01 ： 将标准汽轮机油或待测样品放入如权利要求14中任意一项所述的汽轮机油参 数测量探针的测量区 (11)， 输入外部标准脉冲信号至所述测量探针的电声传感器 (2)， 所 述电声传感器(2)中的超声换能器(23)在所述标准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 所 述超声波脉冲经过 PMMA 匹配层 (24) 及测量区 (。
6、11) 后反射回来， 由电声传感器 (2) 输出标 准汽轮机油或待测样品的回波信号 ； S02 ： 将步骤 S01 中得到的标准汽轮机油的回波信号、 待测样品的回波信号进行分析处 理得到待测样品的声阻抗。 6.根据权利要求5所述的汽轮机油声阻抗参数的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S02 中分析处理过程如下 ： 任取第 ni次和第 nj次的标准汽轮机油的回波信号及待测样品回波 有 ： 式(1)和式(2)中，表示第ni次待测样品回波信号的声压幅值，表示第nj次待测 样品回波信号的声压幅值， A0为待测样品的原始声压幅值， Tt,b为超声换能器 (23) 和 PMMA 匹配层 (24) 之间的透。
7、射系数， b为 PMMA 匹配层 (24) 中的吸收系数， db为 PMMA 匹配层 (24) 的厚度， Rb,t为超声换能器 (23) 与 PMMA 匹配层 (24) 之间的反射系数， Rb,s为待测样品 与 PMMA 匹配层 (24) 之间的反射系数， Roil为标准汽轮机油与 PMMA 匹配层 (24) 之间的反射 系数， Ani表示第 ni次标准汽轮机油回波信号的声压幅值， Anj表示第 nj次标准汽轮机油 回波信号的声压幅值， A0为标准汽轮机油原始的声压幅值 ； 将式 (2) 中两方程取对数后相除可得 ： 权 利 要 求 书 CN 104330478 A 2 2/4 页 3 式 (。
8、3) 中的表示待测样品的回波信号的声压幅值取对数后与回波信号次 数线性拟合的斜率， 记作 Kb,s， 即 将式 (1) 中两方程取对数后相除可得 式 (5) 中的表示标准汽轮机油回波信号的声压幅值取对数后与回波信号 次数线性拟合的斜率 Koil， 其表达式为 式 (4) 减去式 (6)， 可得 式 (7) 中 Roil为标准汽轮机油和 PMMA 匹配层 (24) 之间的反射系数， 可通过下式求得 其中， Zoil为标准汽轮机油的声阻抗、 Z0为 PMMA 匹配层 (24) 的声阻抗， 通过查询声学 手册均可查得 ； 将式 (8) 中求得的 Roil值代入式 (7) 中求得 Rb,s， 然后代入。
9、式 (9) 得到待测样品的声阻 抗 Z 7. 一种汽轮机油声速参数的测量方法， 其特征在于， 将待测样品放入权利要求 1 4 中任意一项所述的测量探针的测量区 (11)， 输入外部标准脉冲信号至电声传感器 (2)， 电 声传感器(2)的超声换能器(23)在标准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 超声波脉冲在 PMMA 匹配层 (24) 与待测样品之间的界面处产生第一回波信号和第一透射信号， 第一透射 信号经过待测样品后， 在待测样品与超声传感器 (3) 之间的界面产生第二回波信号返回至 电声传感器 (2)， 测出第一回波信号及第二回波信号之间的时间差 t ； 测量 PMMA 匹配层 (24) 至。
10、超声传感器 (3) 之间的距离 d， 再通过公式 (10) 求得声速 c ： 权 利 要 求 书 CN 104330478 A 3 3/4 页 4 c 2d/t (10)。 8. 一种汽轮机油电动电位参数的测量方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： S11 ： 将标准液放入汽轮机油参数测量探针的测量区 (11)， 输入外部脉冲信号至所述 电声传感器 (2)， 激励所述超声换能器 (23) 产生超声波脉冲， 并在电声传感器 (2) 中的金 属电极(25)中输出U1、 金属环电极(26)中输出U2， 调节外部脉冲信号使标准液的电动电位 在 36.1 39.9mV 内， 其中U1为测量标准液时金属铜。
11、电极输出的电压信号 ； U2 为测量标准液时金属环电极(26)输出的电压信号 ； 通过权利要求5或6所述的测量方法得 到待测样品的声阻抗 Z ； S12 ： 将待测样品放入测量区 (11)， 采用步骤 S11 中调节后的外部脉冲信号输入至电声 传感器 (2)， 记录外部脉冲信号的输入电流强度 Iin， 并根据式 (11) 得到待测样品的输出电 流强度 Iout 其中 Ctr为转换系数， Z0、 Zcu、 Z 分别为 PMMA 匹配层 (24) 声阻抗、 金属电极 (25) 声阻抗 及待测样品的声阻抗 ； 将式 (11) 中求得的 Iout代入式 (12)， 即可求出待测样品的电动电位 其中 ：。
12、 h(x) h1(x)h2()-h1()h2(x) (15) 其中， G 为自定义函数， H 代表 Hankel 函数， h(s) 代表 Happel 细胞模型函数， p为颗 粒密度， s为待测汽轮机油密度， 0为真空介电常数， m为相对介电常数， 为动力粘 度系数， 为待测汽轮机油体积浓度， Im为表面电流，a 为波长， 为 超声频率， v 为运动粘度， Cexp为设备标定系数。 9. 根据权利要求 8 所述的汽轮机油电动电位参数的测量方法， 其特征在于， 所述步骤 S11 中的标准液采用 Ludox TM-50 硅溶胶经 10-2mol/l 的 KCL 稀释制成质体积浓度 10的 硅溶胶。。
13、 10. 一种测量汽轮机油颗粒度参数的测量方法， 其特征在于， 将标准汽轮机油或待测 样品放入汽轮机油参数测量探针的测量区 (11)， 输入标准外部脉冲信号至所述测量探针的 电声传感器 (2)， 激励所述超声换能器 (23) 产生超声波脉冲， 超声波脉冲通过 PMMA 匹配层 (24) 及标准汽轮机油或待测样品后， 由所述超声传感器 (3) 接收并输出标准汽轮机油或待 权 利 要 求 书 CN 104330478 A 4 4/4 页 5 测样品的透射信号 ； 通过对待测样品的透射信号进行快速傅里叶变换， 然后应用式 (16) 计 算不同频率分量的声衰减系数 ， 其中 L 为超声换能器 (23)。
14、 与超声传感器 (3) 之间的距离， A0为测量的标准汽轮机油的 透射信号幅度， A1为测量待测样品的透射信号幅度 ； 将不同频率分量的声衰减系数结合ECAH模型得出待测样品的声衰减谱， 再经过ORT反 演算法计算得到待测样品的颗粒度。 权 利 要 求 书 CN 104330478 A 5 1/9 页 6 一种汽轮机油参数测量探针及测量方法 技术领域 0001 本发明主要涉及汽轮机油参数测量技术领域， 特指一种汽轮机油参数测量探针及 测量方法。 背景技术 0002 汽轮机油是电力系统中重要的润滑介质， 主要用于蒸汽轮机、 燃气轮机和水力轮 机等发电机组的润滑系统、 调速系统和密封油系统中， 起。
15、着润滑、 冷却散热、 传压调速等作 用。汽轮机油质量的好坏， 直接影响水轮发电机组的安全经济运行， 随着机组长时间运行 后， 汽轮机油会出现老化、 乳化、 污染等一系列问题， 从而影响机组的正常运行。 因此在日常 工作中通过油质分析来判别油质的优劣显的非常重要。 目前衡量汽轮机油优劣的因素为颗 粒度、 声阻抗、 声速以及电动电位， 通过对以上的参数的测量来评判汽轮机油的优劣， 而现 有技术中需要对各个参数进行单独测量， 费时较长， 导致工作效率较低。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题就在于 ： 针对现有技术存在的技术问题， 本发明提供一 种结构简单、 使用方便的测量探针， 并相应提供。
16、一种过程简单、 测量精准、 快速便捷的测量 汽轮机油参数的方法。 0004 为解决上述技术问题， 本发明提出的技术方案为 ： 0005 一种汽轮机油参数测量探针， 包括测量框架， 所述测量框架的中部设置有用于放 置待测物品的测量区， 所述测量框架于测量区的一端安装有超声传感器， 另一端安装有电 声传感器， 所述电声传感器包括外壳， 所述外壳内设置有超声换能器和 PMMA 匹配层， 所述 PMMA 匹配层的一端与所述超声换能器耦合， 另一端镀有金属电极 ； 所述外壳的内壁上设置 有电介质层， 所述电介质层与外壳之间于靠近金属电极设置有金属环电极。 0006 所述金属环电极与所述金属电极处于同一横。
17、截面上。 0007 所述 PMMA 匹配层厚度为 15 50mm。 0008 所述电声传感器的轴线与所述超声传感器的轴线位于同一直线上。 0009 本发明还公开了一种汽轮机油声阻抗参数的测量方法， 包括以下步骤 ： 0010 S01 ： 将标准汽轮机油或待测样品放入如上所述的汽轮机油参数测量探针的测量 区， 输入外部标准脉冲信号至所述测量探针的电声传感器， 所述电声传感器中的超声换能 器在所述标准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 所述超声波脉冲经过 PMMA 匹配层及测 量区后反射回来， 由电声传感器输出标准汽轮机油或待测样品的回波信号 ； 0011 S02 ： 将步骤 S01 中得到的标准汽。
18、轮机油的回波信号、 待测样品的回波信号进行分 析处理得到待测样品的声阻抗。 0012 优选地， 所述步骤 S02 中分析处理过程如下 ： 任取第 ni次和第 nj次的标准汽轮机 油的回波信号及待测样品回波有 ： 说 明 书 CN 104330478 A 6 2/9 页 7 0013 0014 0015 式 (1) 和式 (2) 中， 表示第 ni次待测样品回波信号的声压幅值， 表示第 nj次 待测样品回波信号的声压幅值， A0为待测样品的原始声压幅值， Tt,b为超声换能器和PMMA匹 配层之间的透射系数， b为 PMMA 匹配层中的吸收系数， db为 PMMA 匹配层的厚度， Rb,t为超 。
19、声换能器与 PMMA 匹配层之间的反射系数， Rb,s为待测样品与 PMMA 匹配层之间的反射系数， Roil为标准汽轮机油与PMMA匹配层之间的反射系数， 表示第ni次标准汽轮机油回波信号 的声压幅值， 表示第nj次标准汽轮机油回波信号的声压幅值， A0为标准汽轮机油原始的 声压幅值 ； 0016 将式 (2) 中两方程取对数后相除可得 ： 0017 0018 式 (3) 中的表示待测样品的回波信号的声压幅值取对数后与回波信 号次数线性拟合的斜率， 记作 Kb,s， 即 0019 0020 将式 (1) 中两方程取对数后相除可得 0021 0022 式 (5) 中的表示标准汽轮机油回波信号的。
20、声压幅值取对数后与回波 信号次数线性拟合的斜率 Koil， 其表达式为 0023 0024 式 (4) 减去式 (6)， 可得 0025 0026 式 (7) 中 Roil为标准汽轮机油和 PMMA 匹配层之间的反射系数， 可通过下式求得 说 明 书 CN 104330478 A 7 3/9 页 8 0027 0028 其中， Zoil为标准汽轮机油的声阻抗、 Z0为 PMMA 匹配层的声阻抗， 通过查询声学手 册均可查得 ； 0029 将式 (8) 中求得的 Roil值代入式 (7) 中求得 Rb,s， 然后代入式 (9) 得到待测样品的 声阻抗 Z 0030 0031 本发明还公开了一种汽。
21、轮机油声速参数的测量方法， 将待测样品放入如上所述的 测量探针的测量区， 输入外部标准脉冲信号至电声传感器， 电声传感器的超声换能器在标 准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 超声波脉冲在 PMMA 匹配层与待测样品之间的界面 处产生第一回波信号和第一透射信号， 第一透射信号经过待测样品后， 在待测样品与超声 传感器之间的界面产生第二回波信号返回电声传感器， 测出第一透射信号及第二透射信号 之间的时间差 t ； 测量 PMMA 匹配层至超声传感器之间的距离 d， 再通过公式 (10) 求得声 速 c ： 0032 c 2d/ t (10)。 0033 本发明还公开了一种汽轮机油电动电位参数的测量。
22、方法， 包括以下步骤 ： 0034 S11 ： 将标准液放入汽轮机油参数测量探针的测量区， 输入外部脉冲信号至所述电 声传感器， 激励所述超声换能器产生超声波脉冲， 并在电声传感器中的金属电极中输出 U1、 金属环电极中输出 U2， 调节外部脉冲信号使标准液的电动电位 在 36.1 39.9mV 内， 其 中U1-U2， U1为测量标准液时金属铜电极输出的电压信号 ； U2为测量标准液时金属环电 极输出的电压信号 ； 通过权利要求 5 或 6 所述的测量方法得到待测样品的声阻抗 Z ； 0035 S12 ： 将待测样品放入测量区， 采用步骤 S11 中调节后的外部脉冲信号输入至电声 传感器， 。
23、记录外部脉冲信号的输入电流强度 Iin， 并根据式 (11) 得到待测样品的输出电流强 度 Iout 0036 0037 其中 Ctr为转换系数， Z0、 Zcu、 Z 分别为 PMMA 匹配层声阻抗、 金属电极声阻抗及待测 样品的声阻抗 ； 0038 将式 (11) 中求得的 Iout代入式 (12)， 即可求出待测样品的电动电位 0039 0040 其中 ： 0041 说 明 书 CN 104330478 A 8 4/9 页 9 0042 0043 h(x) h1(x)h2()-h1()h2(x) (15) 0044 其中， G 为自定义函数， H 代表 Hankel 函数， h(s) 代。
24、表 Happel 细胞模型函数， p 为颗粒密度， s为待测汽轮机油密度， 0为真空介电常数， m为相对介电常数， 为动 力粘度系数， 为待测汽轮机油体积浓度， Im为表面电流，a为波长， 为超声频率， v 为运动粘度， Cexp为设备标定系数。 0045 优选地， 所述步骤 S11 中的标准液采用 Ludox TM-50 硅溶胶经 10-2mol/l 的 KCL 稀 释制成质体积浓度 10的硅溶胶。 0046 本发明还公开了一种测量汽轮机油颗粒度参数的测量方法， 将标准汽轮机油或待 测样品放入汽轮机油参数测量探针的测量区， 输入标准外部脉冲信号至所述测量探针的电 声传感器， 激励所述超声换能。
25、器产生超声波脉冲， 超声波脉冲通过 PMMA 匹配层及标准汽轮 机油或待测样品后， 由所述超声传感器接收并输出标准汽轮机油或待测样品的透射信号 ； 通过对待测样品的透射信号进行快速傅里叶变换， 然后应用式 (16) 计算不同频率分量的 声衰减系数 ， 0047 0048 其中 L 为超声换能器与超声传感器之间的距离， A0为测量的标准汽轮机油的透射 信号幅度， A1为测量待测样品的透射信号幅度 ； 0049 将不同频率分量的声衰减系数结合 ECAH 模型得出待测样品的声衰减谱， 再经过 ORT 反演算法计算得到待测样品的颗粒度。 0050 与现有技术相比， 本发明的优点在于 ： 0051 本发。
26、明的测量探针结构简单， 能够同时测试汽轮机油的不同参数， 而且测量精准， 使用方便， 安装在输油管路上可实现汽轮机油参数的在线监测， 具有较大的应用和推广价 值 ； 本发明的测量方法过程简单、 测量精准、 快速便捷， 而且颗粒度的测量范围广。 附图说明 0052 图 1 为本发明的测量针的整体结构示意图。 0053 图 2 为本发明中电声传感器的剖视图。 0054 图 3 为本发明中电声传感器金属电极端的端面结构示意图。 0055 图 4 为本发明中各信号的示意图。 0056 图中标号表示 ： 1、 测量框架 ； 11、 测量区 ； 2、 电声传感器 ； 21、 外壳 ； 22、 电介质层 ；。
27、 23、 超声换能器 ； 231、 第一电缆 ； 24、 PMMA 匹配层 ； 25、 金属电极 ； 251、 内导线 ； 26、 金属环电 极 ； 262、 外导线 ； 27、 同轴电缆 ； 3、 超声传感器 ； 32、 第二电缆。 说 明 书 CN 104330478 A 9 5/9 页 10 具体实施方式 0057 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。 0058 如图 1 至图 4 所示， 本实施例的汽轮机油参数测量探针， 包括测量框架 1， 测量框 架 1 的中部设置有凹槽， 用于放置待测样品， 为测量框架 1 的测量区 11， 测量框架 1 于测量 区 11 的一端安。
28、装有超声传感器 3， 超声传感器 3 上通过第二电缆 32 输出信号， 测量框架 1 的另一端则安装有电声传感器 2， 电声传感器 2 通过第一电缆 231 输入或输出信号， 电声传 感器 2 与超声传感器 3 均正对测量区 11， 且两轴线均位于同一直线上 ； 电声传感器 2 包括 外壳 21， 外壳 21 内同轴设置有超声换能器 23 和 PMMA 匹配层 24， PMMA 匹配层 24 的一端与 超声换能器 23 耦合， PMMA 匹配层 24 的另一端镀有一层金属电极 25， 通过内导线 251 输出 电信号 ； 外壳 21 的内壁上设置有电介质层 22， 电介质层 22 与外壳 21。
29、 之间于靠近金属电极 25 设置有金属环电极 26， 通过外导线 262 输出电信号， 内导线 251 与外导线 262 则共同通 过同轴电缆 27 输出信号。 0059 本实施例中， 金属电极 25 为金属铜电极， 其厚度为 1m， 可在 0.5 1m 之间选 择， 金属环电极 26 与金属铜电极处于外壳 21 的同一横截面上。 0060 本实施例中， PMMA 匹配层 24 通过丙三醇耦合在超声换能器 23 的一端上， 且 PMMA 匹配层 24 厚度为 15 50mm， 本实施例中取值 20mm。 0061 本实施例中， 超声换能器 23 与超声传感器 3 均是中心频率为 5MHz 的水。
30、浸式超声 纵波传感器。 0062 本发明的测量探针在第一电缆 231 端输入脉冲信号时， 电声传感器 2 内的超声波 换能器会发出超声波脉冲， 经过 PMMA 匹配层 24、 待测物品以及超声传感器 3 时会产生回波 或透射波， 其具体产生的波形如图 4 所示， 其中 R 表示回波 ( 各种不同回波信号的叠加 )， T 表示透射波 ； R1 表示在超声换能器 23 与 PMMA 匹配层 24 界面 ( 接触面， 下同 ) 上发生的回 波， R2 表示在 PMMA 匹配层 24 与待测样品界面上发生的回波， R3 表示在待测样品与超声传 感器 3 界面上发生的回波， T1、 T5 表示在超声换能。
31、器 23 与 PMMA 匹配层 24 界面上发生的透 射波， T2、 T4 表示在待测样品与超声传感器 3 界面上发生的透射波， T3 表示在待测样品与 超声传感器 3 界面上发生的透射波。 0063 本测量探针能够对汽轮机油的声阻抗、 声速、 电动电位以及颗粒度进行测量， 下面 对测量过程分别说明如下 ： 0064 汽轮机油声阻抗参数的测量方法 0065 S01 ： 将标准汽轮机油或待测样品放入如上所述的汽轮机油参数测量探针的测量 区11， 输入外部标准脉冲信号至测量探针的电声传感器2， 电声传感器2中的超声换能器23 在标准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 超声波脉冲的在电声传感器2的PM。
32、MA匹配层24 反射后， 由电声传感器 2 输出标准汽轮机油或待测样品的回波信号 R ； 其中采用全新未使用 的汽轮机油作为标准汽轮机油， 另本实施例中的标准脉冲信号为负方波， 脉冲重复频率 PRF 为 1KHz， 带宽为 5.0 6.0MHz ； 0066 S02 ： 将步骤 S01 中得到的标准汽轮机油的回波信号、 待测样品的回波信号进行分 析处理得到待测样品的声阻抗。 0067 本实施例中， 步骤 S02 中分析处理过程如下 ： 任取第 ni次和第 nj次的标准汽轮机 说 明 书 CN 104330478 A 10 6/9 页 11 油的回波信号及待测样品回波有 ： 0068 0069 。
33、0070 式 (1) 和式 (2) 中，表示第 ni次待测样品回波信号的声压幅值，表示第 nj 次待测样品回波信号的声压幅值， A0为待测样品的原始声压幅值， Tt,b为超声换能器 23 和 PMMA 匹配层 24 之间的透射系数， b为 PMMA 匹配层 24 中的吸收系数， db为 PMMA 匹配层 24 的厚度， Rb,t为超声换能器 23 与 PMMA 匹配层 24 之间的反射系数， Rb,s为待测样品与 PMMA 匹配层 24 之间的反射系数， Roil为标准汽轮机油与 PMMA 匹配层 24 之间的反射系数， 表 示第 ni次标准汽轮机油回波信号的声压幅值， 表示第 nj次标准汽轮。
34、机油回波信号的声 压幅值， A0为标准汽轮机油原始的声压幅值 ； 0071 将式 (2) 中两方程取对数后相除可得 0072 0073 式 (3) 中的表示待测样品的回波信号的声压幅值取对数后与回波信 号次数线性拟合的斜率， 记为 Kb,s， 即 0074 0075 将式 (1) 中两方程取对数后相除可得 0076 0077 式 (5) 中的表示标准汽轮机油回波信号的声压幅值取对数后与回波 信号次数线性拟合的斜率， 记为 Koil， 即 0078 0079 式 (4) 减去式 (6)， 可得 0080 0081 式 (7) 中 Roil为标准汽轮机油和 PMMA 匹配层 24 之间的反射系数，。
35、 可通过下式求 说 明 书 CN 104330478 A 11 7/9 页 12 得 0082 0083 其中， Zoil为标准汽轮机油的声阻抗、 Z0为 PMMA 匹配层 24 的声阻抗， 通过查询声 学手册均可查得 ； 0084 将式 (8) 中求得的 Roil值代入式 (7) 中求得 Rb,s， 然后代入式 (9) 得到待测样品的 声阻抗 Z 0085 0086 汽轮机油声速参数的测量方法 ： 0087 将待测样品放入如上所述的测量探针的测量区 11， 输入外部标准脉冲信号至电声 传感器2， 电声传感器2的超声换能器23在标准脉冲信号的激励下发射超声波脉冲， 超声波 脉冲在 PMMA 匹。
36、配层 24 与待测物品之间的界面产生第一回波信号 R2， 并且在此界面处产生 第一透射信号 T2， T2 经过待测物品与超声传感器 3 的界面后产生第二回波信号 R3， 测出第 一回波信号R2与第二回波信号R3之间的时间差t， 另外测量PMMA匹配层24至超声传感 器 3 之间的距离 d， 可通过游标卡尺测量得到， 如图 4 所示， 再通过公式 (10) 求得声速 c ： 0088 c 2d/ t (10) 0089 本实施例中， 标准脉冲信号为负方波， 脉冲重复频率 PRF 为 1KHz， 带宽为 5.0 6.0MHz。 0090 汽轮机油电动电位参数的测量方法 ： 0091 S11 ： 将。
37、标准液放入汽轮机油参数测量探针的测量区 11， 输入外部脉冲信号至电 声传感器 2， 激励超声换能器 23 产生超声波脉冲， 并在电声传感器 2 中的金属电极 25 中输 出U1、 金属环电极26中输出U2， 调节外部脉冲信号使标准液的电动电位在36.139.9mV 内， 其中 U1-U2， U1为测量标准液时金属铜电极输出的电压信号， U2为测量标准液时金 属环电极 26 输出的电压信号 ； 通过如上所述的测量方法得到待测样品的声阻抗 Z ； 0092 S12 ： 将待测样品放入测量区 11， 采用步骤 S11 中调节后的外部脉冲信号输入至电 声传感器 2， 记录外部脉冲信号的输入电流强度 。
38、Iin， 并根据式 (11) 得到待测样品的输出电 流强度 Iout 0093 0094 其中 Ctr为转换系数， Z0、 Zcu、 Z 分别为 PMMA 匹配层 24 声阻抗、 金属铜电极声阻抗 及待测样品的声阻抗 ； 0095 将式 (11) 中求得的 Iout代入式 (12)， 即可求出待测样品的电动电位 0096 0097 其中 ： 说 明 书 CN 104330478 A 12 8/9 页 13 0098 0099 0100 h(x) h1(x)h2()-h1()h2(x) (15) 0101 其中， G 为自定义函数， H 代表 Hankel 函数， h(s) 代表 Happel 。
39、细胞模型函数， p 为颗粒密度， s为待测汽轮机油密度， 0为真空介电常数， m为相对介电常数， 为动 力粘度系数， 为待测汽轮机油体积浓度， Im为表面电流，a 为波长， 为超声频率， v 为运动粘度， Cexp为设备标定系数。 0102 优选地， 步骤 S11 中的标准液采用 Ludox TM-50 硅溶胶经 10-2mol/l 的 KCL 稀释制 成质体积浓度 10的硅溶胶。 0103 测量汽轮机油颗粒度参数的测量方法 0104 将标准汽轮机油或待测样品放入汽轮机油参数测量探针的测量区 11， 输入标准外 部脉冲信号至测量探针的电声传感器 2， 激励超声换能器 23 产生超声波脉冲， 超。
40、声波脉冲 通过匹配层及标准汽轮机油或待测样品后， 由超声传感器 3 接收并输出标准汽轮机油或待 测样品的透射信号 T3 ； 通过对待测样品的透射信号进行快速傅里叶变换， 然后应用式 (16) 计算不同频率分量的声衰减系数 ， 0105 0106 其中 L 为超声换能器 23 与超声传感器 3 之间的距离， 即 PMMA 匹配层 24 至超声传 感器 3 之间的距离 d 加上 PMMA 匹配层 24 及金属电极 25 的厚度， 如图 4 所示， A0为测量的 标准汽轮机油的透射信号幅度， A1为测量待测样品的透射信号幅度 ； 0107 将不同频率分量的声衰减系数结合 ECAH 模型得出待测样品的。
41、声衰减谱， 再经过 ORT 反演算法计算得到待测样品的颗粒度。 0108 本实施例中的 ECAH 模型如下 ： 在颗粒与介质界面运用边界条件， 可以得到一个六 阶的线性方程组 MAn,Bn,Cn,An,Bn,CnT N， 由波动方程代入边界条件得到， 矩阵 M 和向 量 N 中的元素可由连续介质物性参数、 颗粒的物性参数以及颗粒的半径求得。求解该线性 方程组得到系数 An， 然后按下式确定汽轮机油中的复波数 ： 0109 0110 式中 为颗粒的体积浓度 ； R 为颗粒的半径 ； kc为连续介质中的波数 ； 为汽轮 机油中的复波数， 且 /c()+i() ； 0111 本实施例中， ORT 反。
42、演算法的过程如下 ： 0112 考虑多分散颗粒系的声衰减方程 ： 说 明 书 CN 104330478 A 13 9/9 页 14 0113 0114 式 (18) 中， L 为超声换能器 23 与超声传感器 3 之间的距离， 、 dV/dR 为颗粒分布的 体积频度分布表达式， 为颗粒半径 R 的函数 ； 0115 其矩阵形式如下 ： AF G， A 称为系数矩阵 ； F 为离散化的颗粒尺寸频度分布 ； G 为 不同频率下声衰减构成的向量 ； 0116 按照正则化方法改写公式 0117 0118 其中 AT表示 A 的转置， 矩阵 H 称为光顺矩阵， 本文采用了二阶算子形式， 即 0119 0。
43、120 参数 则需通过最优化的方式获取， 可通过非负最小二乘法求解 (NNLS)。 0121 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领 域的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范围的情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对 本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰， 或修改为等同变化的等效实施例。 因此， 凡是 未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均应落在本发明技术方案保护的范围内。 说 明 书 CN 104330478 A 14 1/2 页 15 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104330478 A 15 2/2 页 16 图 4 说 明 书 附 图 CN 104330478 A 16 。