潤滑介質膜厚度測量儀的製作方法
2023-09-10 10:56:45
專利名稱：潤滑介質膜厚度測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型的潤滑介質膜厚度測量儀，屬長度計量技術領域。
潤滑介質膜厚度測量是研究流體潤滑性能必不可少的手段，對評價潤滑介質的特性意義重大。利用光幹涉原理測量潤滑膜厚度是目前各種膜厚測試技術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。卡麥龍等人研製的光幹涉膜厚測量儀最具有代表性，圖1是該儀器的光幹涉法原理圖。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量區，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，根據相干光產生的幹涉條紋，即能通過光程差推導出油膜厚度分布。這種測量方法有兩個很大的局限(1)只能測量厚度大於四分之一光波長(約0.1微米即100納米)的油膜；(2)解析度只能達到50納米，遠不能滿足超薄油膜研究的需要。
本實用新型的目的是設計一種新型的潤滑介質膜厚度測量儀，提高測量解析度，而且能夠測量超薄油膜。
本實用新型的內容是潤滑介質膜厚度測量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅動機構、顯微鏡、光探測器、計算機和圖象監視器組成。潤滑介質膜置於鋼球和玻璃盤之間，玻璃盤與驅動機構相對固定安裝，當驅動機構工作時，玻璃盤與鋼球之間產生相對運動，因而形成一定厚度的油膜。光源置於玻璃盤的一側，顯微鏡置於玻璃盤的另一側。光探測器置於顯微鏡的後方，當光源發出的入射光經過玻璃盤和油膜的反射進入顯微鏡，光探測器接收到顯微鏡的光強信號，並將此信號傳遞給計算機和圖象監視器，通過計算反射光強度的變化即可得出油膜厚度。
圖1是已有技術測試原理圖。
圖2是本實用新型結構示意圖。
圖3是常數hm標定方法示意圖。
以下結合附圖，詳細介紹本實用新型的測試原理和操作過程。圖2中，7是玻璃盤，8是鋼球，9是託杯，10是光源，11是驅動機構，12是保持架，它使玻璃盤固定其上，並與驅動機構11同軸安裝並轉動。13是潤滑介質，14是顯微鏡，15是光探測器，16是計算機，17是圖像監視器。
本實用新型的測試原理是由於玻璃盤與鋼球之間有相對運動(滾動或滑動)，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生全反射。在全反射條件下，光波不是絕對地在界面上被全部反射回第一介質(玻璃盤)，而是透入第二介質(潤滑油)很小的深度後返回第一介質。當鋼球表面與玻璃盤之間的距離即油膜厚度非常小時，鋼球表面將吸收一部分光波的能量，使反射光強度減弱。油膜厚度與反射光強之間有確定的單調的函數關係，在儀器的結構確定後，反射光強度與油膜厚度的函數關係可以用下面的簡化式子表示h=(R-R0)h2m1-R0---(1)]]>其中R為反射率，即反射光強與入射光強之比，h為油膜厚度，Ro為膜厚度等於零時的反射率，hm為一常數，其標定方法如圖3所示，圖中，18是玻璃盤，19是量規，α是楔角。儀器調整好後，用一量規取代鋼球，經過適當裝卡，使規與玻璃盤表面之間形成一個楔角很小的油楔，用光幹涉方法確定油楔的斜度，將儀器調整到正常測量狀態，從接觸點(膜厚為零)開始，沿油楔方向搜索，當反射率增大到1時，所對應的油膜厚度即為hm。
使用本測量儀測量油膜厚度的步驟如下
(1)將鋼球遠離玻璃盤，由於全反射沒有遭到破壞，光探測器所探測的光強度與入射光相同，將探測結果輸入計算機並存儲。
(2)將鋼球與玻璃盤表面發生接觸，探測反射光強度並將數據存入計算機。
(3)將(2)的結果與(1)的結果相比則得到Ro(4)hm與光波波長，入射角，玻璃盤及油的折射率有關，與下試件(即鋼球)無關，在測量過程中是個常數。儀器調整好後hm即已確定，並通過標定得到hm的具體數值。
(5)將玻璃盤按測量要求轉動，這時玻璃盤與鋼球之間形成油膜。
(6)通過探測器探測反射光強度並輸入計算機，計算程序將輸入的反射光強數據與(1)的結果相比則得到反射率R。再根據公式①即計算出油膜厚度。
本測量儀具有非常高的解析度(2納米)，能測量很薄的油膜(2納米)，十分有效地克服了光幹涉法的局限性。
權利要求1.一種潤滑介質膜厚度測量儀，其特徵在於所述的測量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅動機構、顯微鏡、光探測器、計算機和圖象監視器組成，被測潤滑介質膜置於鋼球和玻璃盤之間；所述的玻璃盤與驅動機構相對固定安裝，所述的光源置於玻璃盤的一側；所述的顯微鏡置於玻璃盤另一側，所述的光探測器置於顯微鏡後方，並將顯微鏡中的光強信號依次傳遞到計算機和圖象監視器。
專利摘要本實用新型涉及一種新型的潤滑介質膜厚度測量儀，屬長度計量技術領域。測量儀由鋼球、玻璃盤、光源、驅動機構、顯微鏡、光探測器計算機和圖象監視器等組成。被測潤滑介質膜置於鋼球和玻璃盤之間。當油膜厚度非常小時，鋼球表面將吸收一部分光波的能量，使反射光強度變弱。油膜厚度與反射光強度之間有確定的函數關係，當儀器結構確定後就能通過反射光強度的變化測定油膜厚度。本儀器能測量超薄油膜，而且測量解析度高。
文檔編號G01B11/06GK2151439SQ9222109
公開日1993年12月29日 申請日期1992年9月29日 優先權日1992年9月29日
發明者洗亮, 及開元, 陳大融 申請人:清華大學