在机器设备中,相对运动零件的工作可靠性和使用寿命很大程度上取决于它们界面间的润滑状况,油膜过厚过薄都会带来不良影响,因此实现油膜厚度在线监测具有重要的工程应用价值。鉴于超声波非入侵、穿透力强、指向性好等优点,本文采用超声波反射系数法对典型三层介质中油膜的厚度进行测量。主要完成了理论模型建立、单通道测量系统设计、超声阵列测量系统设计、实验验证等内容,最终实现了膜厚静态测量。测量误差在5%以内,证明了理论模型的正确性和超声膜厚测量系统的可行性。1.根据超声波在三层介质中垂直入射的传播理论,建立了测量不同油膜厚度的谐振模型和弹簧模型,并给出两种模型测量油膜厚度的方法以及测量方法的局限性。2.设计了基于ARM的超声波发射电路,实现了三种驱动方案,集控制、人机交互、通信和上位机软件操作等功能于一体。对各硬件模块进行系统集成,便于统一管理和控制。对测量系统软件进行设计,包括基于μC/OS-II操作系统的控制模块软件以及基于MFC开发的上位机串口控制软件。3.基于斜入射超声传播模型推导了相应的油膜厚度计算方法。在单通道基础上进行扩展实现4通道超声阵列膜厚测量系统。针对超声阵列测量原理和数据处理算法完成软硬件设计,并实现了4通道阵列系统硬件和软件的联调。4.构建实验系统,对给定的油膜厚度进行测量验证,实验结果良好。