本發(fā)明涉及一種實驗裝置和方法，尤其涉及一種潤滑界面條件下摩擦過程的和頻信號在線測量裝置以及測量潤滑界面摩擦化學性能的方法。
背景技術：
：界面現(xiàn)象與自然界密切相關，界面研究與許多物理化學問題聯(lián)系緊密，界面研究被運用在在材料科學、物理化學、分析化學、高分子化學、環(huán)境保護和石油化工等領域。潤滑界面在摩擦過程中界面分子會發(fā)生化學變化，摩擦過程對于界面研究具有重要的意義。目前已經存在一些界面研究手段，如力學、光學、電化學方法，以及粒子散射、X射線衍射技術等，這些方法大多需要在真空條件下進行，而且需要改變樣品表面狀態(tài)，力學方法如表面張力、接觸角測量，雖然能夠了解氣液界面和固液界面的宏觀性質，但是得不到它們的微觀分子信息。以上的實驗技術受到各種不同條件的制約，而和頻振動光譜作為非線性光學方法，具有獨特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測量信號得到界面分子信息。和頻振動光譜可以通過對光強、相位、偏振的測量給出分子在界面的取向、界面分子密度、分子振動峰模式歸屬以及動力學等方面的信息。但和頻信號十分微弱，需要設計一種實驗裝置，用于測量潤滑界面條件下摩擦過程的和頻信號。技術實現(xiàn)要素：有鑒于此，確有必要提供一種測量動態(tài)系統(tǒng)中和頻信號的裝置以及測量潤滑界面摩擦化學性能的方法。一種潤滑界面和頻信號測量裝置，其包括：一棱鏡架位移調節(jié)機構、一棱鏡架、一半球缺棱鏡以及一可動球。所述棱鏡架設置于所述棱鏡架位移調節(jié)機構，所述半球缺棱鏡設置于所述棱鏡架，所述可動球可以旋轉或擺動。所述棱鏡架位移調節(jié)機構可以調整所述棱鏡架的高度以及該棱鏡架與水平面的平行度，進而調整所述半球缺棱鏡的高度以及該半球缺棱鏡與水平面的平行度，使所述半球缺棱鏡與所述可動球相接觸，所述可動球與所述半球缺棱鏡構成一對摩擦副。一種測量摩擦化學性能的方法，其包括以下步驟：提供一潤滑界面和頻信號測量裝置，該潤滑界面和頻信號測量裝置中球與半球缺棱鏡形成一對摩擦副；和頻系統(tǒng)的兩束光分別從所述半球缺棱鏡的圓周面垂直入射，會聚于所述半球缺棱鏡和可動球的接觸點，從而產生和頻光；所述和頻光經所述半球缺棱鏡的圓周面垂直出射和后續(xù)反射鏡反射后進入單色儀，用于分析摩擦過程中產生的化學變化。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供的潤滑界面和頻信號測量裝置實現(xiàn)了摩擦過程中可動球與半球缺棱鏡的精密接觸；半球缺棱鏡既提供了固定界面，又使光垂直入射，還保證了入射光在界面處的全反射，增強了光的能量從而增強和頻信號；實現(xiàn)了摩擦過程中和頻信號的在線測量。另外，本發(fā)明采用和頻振動光譜方法，以紅外光和可見光為入射光，兩束光在潤滑界面處重疊產生和頻信號，具有獨特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測量信號得到界面分子信息。附圖說明圖1是本發(fā)明實施方式提供的潤滑界面和頻信號測量裝置的立體結構示意圖。圖2是本發(fā)明實施方式提供的潤滑界面和頻信號測量裝置的俯視圖。圖3是本發(fā)明實施方式提供的潤滑界面和頻信號測量裝置的側視圖。圖4是本發(fā)明實施方式提供的半球缺棱鏡的立體結構的示意圖。圖5是本發(fā)明實施方式提供的測量潤滑界面和頻信號的實驗原理圖。主要元件符號說明滑界面和頻信號的測量裝置1棱鏡架位移調節(jié)機構10棱鏡架11半球缺棱鏡12垂直位移調節(jié)平臺13豎向固定桿架14棱鏡架水平位移調節(jié)單元16高度調節(jié)旋鈕17可動球18顯微鏡19潤滑劑20第一棱鏡架110第二棱鏡架111第一橫向桿架112第一固定裝置113第一鎖緊裝置114第二橫向桿架115第二固定裝置116第二鎖緊裝置117第一平臺161第二平臺162旋鈕163如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。具體實施方式下面將結合附圖及具體實施例，對本發(fā)明提供的潤滑界面和頻信號測量裝置作進一步的詳細說明。潤滑界面和頻信號測量裝置包括棱鏡架位移調節(jié)機構、棱鏡架、半球缺棱鏡以及可動球。所述半球缺棱鏡設置于所述棱鏡架，所述棱鏡架設置于所述棱鏡架位移調節(jié)機構，該棱鏡架位移調節(jié)機構可以調整所述棱鏡架的高度以及該棱鏡架與水平面的平行度，進而調整所述半球缺棱鏡的高度以及該半球缺棱鏡與水平面的平行度，使所述半球缺棱鏡與所述可動球相接觸。潤滑界面和頻信號測量裝置的具體結構請參閱圖1至圖3，潤滑界面和頻信號測量裝置1包括：棱鏡架位移調節(jié)機構10、棱鏡架11、半球缺棱鏡12以及可動球。所述棱鏡架位移調節(jié)機構10包括垂直位移調節(jié)平臺13、豎向固定桿架14、棱鏡架水平位移調節(jié)單元16以及高度調節(jié)旋鈕17（圖未示）。所述垂直位移調節(jié)平臺13可以采用剪式升降臺，手動帶動該垂直位移調節(jié)平臺13升降，當然也可以是其他形式的升降臺，只要能實現(xiàn)該垂直位移調節(jié)平臺13升降即可。所述豎向固定桿架14包括第一豎向固定桿架141和第二豎向固定桿架142。所述棱鏡架水平位移調節(jié)單元16包括第一平臺161、第二平臺162以及穿設于所述第一平臺161并與所述第二平臺162接觸的多個旋鈕163。所述第一平臺161通過第一豎向固定桿架141設置于所述垂直位移調節(jié)平臺13，所述第二平臺162設置于穿設于所述第一平臺161的多個旋鈕163。所述第二豎向固定桿架142固定于所述第二平臺162。所述高度調節(jié)旋鈕17設置于所述第二豎向固定桿架142，可以調整所述豎向固定桿架14的高度。所述棱鏡架11由第一棱鏡架110和第二棱鏡架111組成，所述第一棱鏡架110包括第一橫向桿架112，第一固定裝置113以及第一鎖緊裝置114，該第一固定裝置113設置于所述第一橫向桿架112的一端，該第一橫向桿架112的另一端通過第一鎖緊裝置114固定于所述第二豎向固定桿架142。所述第二棱鏡架111包括第二橫向桿架115，第二固定裝置116以及第二鎖緊裝置117，該第二固定裝置116設置于所述第二橫向桿架115的一端，該第二橫向桿架115的另一端通過第二鎖緊裝置117固定于所述第二豎向固定桿架142。并且，所述第一固定裝置113和第二固定裝置116在豎直方向相對設置，用于將所述半球缺棱鏡12固定在其中。所述第一棱鏡架110和第二棱鏡架111在所述第二豎向固定桿架142的位置可調，所以，通過該棱鏡架11可以夾持大小不同的半球缺棱鏡12。所述可動球由一個支撐裝置支撐（圖未示），具體的該可動球可以設置在三個陶瓷軸承上，由該三個陶瓷軸承支撐，且該可動球一端連接到連接軸，該連接軸連接到傳動軸，該傳動軸通過聯(lián)軸器連接到電機。在所述電機的驅動下，所述可動球可以旋轉或擺動。通過調整所述垂直位移調節(jié)平臺13、高度調節(jié)旋鈕17或所述棱鏡架11均可以調節(jié)所述半球缺棱鏡12的高度，實現(xiàn)所述半球缺棱鏡12與所述可動球的接觸。所述半球缺棱鏡12通過所述第一固定裝置113和第二固定裝置116固定，通過調整穿設于所述第一平臺161的多個旋鈕163中的某些旋鈕163可以調整所述第二平臺162與水平面的平行度，進而調節(jié)所述半球缺棱鏡12的底面與水平面平行。通過控制所述潤滑界面和頻信號測量裝置1可以實現(xiàn)所述可動球與所述半球缺棱鏡12相接觸，在電機轉動后帶動所述可動球旋轉或擺動，可動球與所述半球缺棱鏡12的下表面構成一對摩擦副。所述半球缺棱鏡12是自行設計加工的半球缺石英棱鏡。請一并參閱圖4，所謂半球缺棱鏡12即一個半球棱鏡的頂部被平面截下后的棱鏡。所述半球缺棱鏡12包括上表面、下表面以及設置于所述上表面和下表面之間的圓周面。所述上表面和下表面可以平行也可以不平行。優(yōu)選地，所述上表面和下表面平行，且上表面和下表面的直徑比例為1：2。所述第一固定裝置113和第二固定裝置116分別與所述上表面和下表面接觸，將所述半球缺棱鏡12夾持其中?？梢岳斫猓鰸櫥缑婧皖l信號測量裝置1可以進一步包括一顯微鏡19，該顯微鏡19方便觀察光點的重合。本發(fā)明實施例還提供一種在線測量潤滑界面摩擦化學性能的方法。首先，提供一種如前所述的潤滑界面和頻信號測量裝置1。請參閱圖5，以半球缺棱鏡12和可動球18作為一對摩擦副，之間添加有潤滑劑20。半球缺棱鏡12的下表面平行于水平面放置，半球缺棱鏡12和可動球18接觸，然后啟動電機，可動球18獲得轉速，可動球18和半球缺棱鏡12之間產生摩擦。調節(jié)半球缺棱鏡12和可動球18的位置，使半球缺棱鏡12和可動球18正好位于紅外光和可見光的會聚點。和頻系統(tǒng)的紅外光和可見光分別從半球缺棱鏡的圓周面垂直入射，也就是說和頻系統(tǒng)的紅外光和可見光入射至所述半球缺棱鏡的球心，即會聚于半球缺棱鏡12和可動球18的接觸點，同時兩束光的光程差為0，保證時間上重疊。由此產生頻率為兩束光頻率之和的和頻光，通過半球缺棱鏡12的圓周面垂直出射，之后經反射鏡反射進入單色儀，用于實時分析摩擦過程中產生的化學變化。在線測量潤滑界面摩擦化學性能的方法的工作原理：潤滑界面摩擦實驗的化學性能表征，采用和頻振動光譜方法，以紅外光和可見光為入射光，兩束光在潤滑界面處重疊產生和頻信號，測量和頻振動光譜以分析摩擦過程中界面分子信息。當可動球18隨著電機同軸轉動，與半球缺棱鏡12構成一對摩擦副，添加潤滑劑20后形成潤滑界面，根據(jù)測得的和頻信號可以在線檢測可動球18和半球缺棱鏡12摩擦過程中潤滑界面分子的變化。在線測量潤滑界面摩擦化學性能的方法的工作原理：潤滑界面摩擦實驗的化學性能表征，采用和頻振動光譜方法，以紅外光和可見光為入射光，兩束光在潤滑界面處重疊產生和頻信號，測量和頻振動光譜以分析摩擦過程中界面分子信息。當可動球18隨著電機同軸轉動，與半球缺棱鏡12構成一對摩擦副，添加潤滑劑20后形成潤滑界面，根據(jù)測得的和頻信號可以在線檢測可動球18和半球缺棱鏡12摩擦過程中潤滑界面分子的變化。本實施例提供的潤滑界面和頻信號測量裝置可以實現(xiàn)：摩擦過程中球與棱鏡的精密接觸；自行設計的半球缺棱鏡既提供了固定界面，又使光垂直入射，還保證了入射光在界面處的全反射，增強了光的能量從而增強和頻信號；實現(xiàn)了摩擦過程中和頻信號的在線測量。本實施例采用和頻振動光譜方法，以紅外光和可見光為入射光，兩束光在潤滑界面處重疊產生和頻信號，具有獨特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測量信號得到界面分子信息。另外，本領域技術人員還可以在本發(fā)明精神內做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內。當前第1頁1 2 3