專利名稱：潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型的潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀，屬長度計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。
潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量是研究流體潤滑性能必不可少的手段，對(duì)評(píng)價(jià)潤滑介質(zhì)的特性意義重大。利用光干涉原理測(cè)量潤滑膜厚度是目前各種膜厚測(cè)試技術(shù)中較為成熟的一種方法，它可以直接觀察到油膜形狀的全貌。卡麥龍等人研制的光干涉膜厚測(cè)量儀最具有代表性，圖1是該儀器的光干涉法原理圖。如圖所示，用一束平行光1自上而下沿油膜厚度方向射向測(cè)量區(qū)，在鍍鉻層形成第一束反射光2，在鋼球表面形成第二束反射光3，這兩束光形成相干光。4是鋼球，5是玻璃盤，6是潤滑介質(zhì)，根據(jù)相干光產(chǎn)生的干涉條紋，即能通過光程差推導(dǎo)出油膜厚度分布。這種測(cè)量方法有兩個(gè)很大的局限(1)只能測(cè)量厚度大于四分之一光波長(約0.1微米即100納米)的油膜；(2)分辨率只能達(dá)到50納米，遠(yuǎn)不能滿足超薄油膜研究的需要。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種新型的潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀，提高測(cè)量分辨率，而且能夠測(cè)量超薄油膜。
本實(shí)用新型的內(nèi)容是潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、光探測(cè)器、計(jì)算機(jī)和圖象監(jiān)視器組成。潤滑介質(zhì)膜置于鋼球和玻璃盤之間，玻璃盤與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)固定安裝，當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，玻璃盤與鋼球之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而形成一定厚度的油膜。光源置于玻璃盤的一側(cè)，顯微鏡置于玻璃盤的另一側(cè)。光探測(cè)器置于顯微鏡的后方，當(dāng)光源發(fā)出的入射光經(jīng)過玻璃盤和油膜的反射進(jìn)入顯微鏡，光探測(cè)器接收到顯微鏡的光強(qiáng)信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)和圖象監(jiān)視器，通過計(jì)算反射光強(qiáng)度的變化即可得出油膜厚度。


圖1是已有技術(shù)測(cè)試原理圖。
圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是常數(shù)hm標(biāo)定方法示意圖。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的測(cè)試原理和操作過程。圖2中，7是玻璃盤，8是鋼球，9是托杯，10是光源，11是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，12是保持架，它使玻璃盤固定其上，并與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11同軸安裝并轉(zhuǎn)動(dòng)。13是潤滑介質(zhì)，14是顯微鏡，15是光探測(cè)器，16是計(jì)算機(jī)，17是圖像監(jiān)視器。
本實(shí)用新型的測(cè)試原理是由于玻璃盤與鋼球之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(滾動(dòng)或滑動(dòng))，它們之間形成一定厚度的油膜。入射光在油膜與玻璃盤下表面之間的界面上發(fā)生全反射。在全反射條件下，光波不是絕對(duì)地在界面上被全部反射回第一介質(zhì)(玻璃盤)，而是透入第二介質(zhì)(潤滑油)很小的深度后返回第一介質(zhì)。當(dāng)鋼球表面與玻璃盤之間的距離即油膜厚度非常小時(shí)，鋼球表面將吸收一部分光波的能量，使反射光強(qiáng)度減弱。油膜厚度與反射光強(qiáng)之間有確定的單調(diào)的函數(shù)關(guān)系，在儀器的結(jié)構(gòu)確定后，反射光強(qiáng)度與油膜厚度的函數(shù)關(guān)系可以用下面的簡(jiǎn)化式子表示h=(R-R0)h2m1-R0---(1)]]>其中R為反射率，即反射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比，h為油膜厚度，Ro為膜厚度等于零時(shí)的反射率，hm為一常數(shù)，其標(biāo)定方法如圖3所示，圖中，18是玻璃盤，19是量規(guī)，α是楔角。儀器調(diào)整好后，用一量規(guī)取代鋼球，經(jīng)過適當(dāng)裝卡，使規(guī)與玻璃盤表面之間形成一個(gè)楔角很小的油楔，用光干涉方法確定油楔的斜度，將儀器調(diào)整到正常測(cè)量狀態(tài)，從接觸點(diǎn)(膜厚為零)開始，沿油楔方向搜索，當(dāng)反射率增大到1時(shí)，所對(duì)應(yīng)的油膜厚度即為hm。
使用本測(cè)量儀測(cè)量油膜厚度的步驟如下
(1)將鋼球遠(yuǎn)離玻璃盤，由于全反射沒有遭到破壞，光探測(cè)器所探測(cè)的光強(qiáng)度與入射光相同，將探測(cè)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)。
(2)將鋼球與玻璃盤表面發(fā)生接觸，探測(cè)反射光強(qiáng)度并將數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)。
(3)將(2)的結(jié)果與(1)的結(jié)果相比則得到Ro(4)hm與光波波長，入射角，玻璃盤及油的折射率有關(guān)，與下試件(即鋼球)無關(guān)，在測(cè)量過程中是個(gè)常數(shù)。儀器調(diào)整好后hm即已確定，并通過標(biāo)定得到hm的具體數(shù)值。
(5)將玻璃盤按測(cè)量要求轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)玻璃盤與鋼球之間形成油膜。
(6)通過探測(cè)器探測(cè)反射光強(qiáng)度并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算程序?qū)⑤斎氲姆瓷涔鈴?qiáng)數(shù)據(jù)與(1)的結(jié)果相比則得到反射率R。再根據(jù)公式①即計(jì)算出油膜厚度。
本測(cè)量儀具有非常高的分辨率(2納米)，能測(cè)量很薄的油膜(2納米)，十分有效地克服了光干涉法的局限性。
權(quán)利要求1.一種潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀，其特征在于所述的測(cè)量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、光探測(cè)器、計(jì)算機(jī)和圖象監(jiān)視器組成，被測(cè)潤滑介質(zhì)膜置于鋼球和玻璃盤之間；所述的玻璃盤與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)固定安裝，所述的光源置于玻璃盤的一側(cè)；所述的顯微鏡置于玻璃盤另一側(cè)，所述的光探測(cè)器置于顯微鏡后方，并將顯微鏡中的光強(qiáng)信號(hào)依次傳遞到計(jì)算機(jī)和圖象監(jiān)視器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型的潤滑介質(zhì)膜厚度測(cè)量儀，屬長度計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。測(cè)量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、光探測(cè)器計(jì)算機(jī)和圖象監(jiān)視器等組成。被測(cè)潤滑介質(zhì)膜置于鋼球和玻璃盤之間。當(dāng)油膜厚度非常小時(shí)，鋼球表面將吸收一部分光波的能量，使反射光強(qiáng)度變?nèi)?。油膜厚度與反射光強(qiáng)度之間有確定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)儀器結(jié)構(gòu)確定后就能通過反射光強(qiáng)度的變化測(cè)定油膜厚度。本儀器能測(cè)量超薄油膜，而且測(cè)量分辨率高。
文檔編號(hào)G01B11/06GK2151439SQ9222109
公開日1993年12月29日 申請(qǐng)日期1992年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月29日
發(fā)明者洗亮, 及開元, 陳大融 申請(qǐng)人:清華大學(xué)