本發(fā)明涉及摩擦副流體薄膜測量領(lǐng)域，具體涉及一種定制滑塊的摩擦副流體薄膜軸向流速成像測量裝置。

背景技術(shù)：

流體薄膜廣泛存在于微流體器件、軸承和生物體的潤滑中。流體動力潤滑和彈性流體動力潤滑軸向流速分布復(fù)雜，除了由兩表面相對滑動速度引起的純剪切流動，還可能存在由壓力梯度引起的壓力流動。

流體薄膜軸向流速分布受潤滑油的結(jié)構(gòu)特性和界面潤濕性等多種因素影響，軸向流速分布形狀非常復(fù)雜。其分布狀態(tài)影響摩擦副的承載力和摩擦力。同時由于膜厚在微米量級，微間隙軸向成像觀測困難，目前對流體膜厚的軸向流速分布研究主要是理論計算，缺乏有效直接的觀測手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種定制滑塊的摩擦副流體薄膜軸向流速成像測量裝置，本發(fā)明通過設(shè)置橫向光學(xué)觀測機構(gòu)對垂直于流體標(biāo)記厚度方向的光學(xué)信息進行記錄，軸向光學(xué)觀測機構(gòu)獲取由定制滑塊所成虛像，對平行于流體標(biāo)記厚度平面信息進行成像測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，易設(shè)計加工，可測量微間隙內(nèi)復(fù)雜流體的三維流速分布。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種定制滑塊的摩擦副流體薄膜軸向流速成像測量裝置，包括照明機構(gòu)、摩擦副、橫向光學(xué)觀測機構(gòu)和軸向光學(xué)觀測機構(gòu)，所述照明機構(gòu)為流體標(biāo)記提供光源，所述摩擦副包括定制滑塊，所述流體標(biāo)記通過定制滑塊的反射，形成標(biāo)記的虛像，所述橫向光學(xué)觀測機構(gòu)測量并記錄垂直于流體標(biāo)記厚度方向的光學(xué)圖像，所述軸向光學(xué)觀測機構(gòu)測量并記錄流體標(biāo)記形成的虛像的光學(xué)圖像，通過對比摩擦副相對靜止和運動時的流體標(biāo)記圖像的差異，以實現(xiàn)流體在限制間隙中的三維流速測量與分析。

進一步的，所述摩擦副包括定制滑塊和基底，流體被限制在基底和定制滑塊之間，照明機構(gòu)的光源穿過基底將流體標(biāo)記照明，流體標(biāo)記區(qū)域的發(fā)光強度不同于非標(biāo)記區(qū)域。

進一步的，所述定制滑塊和基底的位置能夠發(fā)生相對變動，且該變動限定于水平方向上。

進一步的，所述定制滑塊，為斜楔塊狀結(jié)構(gòu)，具有上下兩個平行水平面，一側(cè)為斜面，流體標(biāo)記的圖像經(jīng)過該斜面反射，形成虛像。

進一步的，所述定制滑塊為透明材質(zhì)。

進一步的，所述斜面同水平面的夾角為30度～60度。

進一步的，所述斜面表面鍍有高反膜，滑塊下表面和基底鍍有增透膜。

進一步的，所述照明機構(gòu)，包括光源、分光鏡和第一物鏡，所述光源發(fā)出的光線通過分光鏡后通過第一物鏡會聚，對流體標(biāo)記進行照明。

進一步的，所述橫向光學(xué)觀測機構(gòu)包括第一透鏡和第一圖像傳感器，所述第一透鏡和第一圖像傳感器與第一物鏡設(shè)置在同一軸線上，流體標(biāo)記的光線直接穿過基底，依次經(jīng)過第一物鏡和分光鏡，被第一透鏡成像于第一圖像傳感器上，得到橫向流體標(biāo)記流速信息。

進一步的，所述軸向光學(xué)觀測機構(gòu)包括位于同一軸線上的第二物鏡、第二透鏡和第二圖像傳感器，流體標(biāo)記虛像的光線經(jīng)基底、第二物鏡和第二透鏡成像到第二圖像傳感器上，得到軸向流體標(biāo)記流速信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明實現(xiàn)流體在限制間隙中的三維流速測量，且測試精度高。

(2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易操作，可以直接觀測流體薄膜的三維流速分布信息。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明所述的測量裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的測試裝置局部放大圖；

圖3為摩擦副相對靜止時獲得的圖像信息示意圖；

圖4為摩擦副相對運動時獲得的圖像信息示意圖；

其中，1、流體標(biāo)記，2、定制滑塊，3、標(biāo)記的虛像，4、基底，5、第一物鏡，6、分光鏡，7、光源，8、第一透鏡，9、第一圖像傳感器，10、第二圖像傳感器，11、第二透鏡，12、第二物鏡，13、摩擦副相對靜止時流體標(biāo)記，14、摩擦副相對靜止時第一傳感器獲得圖像，15摩擦副相對靜止時第二傳感器獲得圖像，16、摩擦副相對運動時流體標(biāo)記，17、摩擦副相對運動時第一傳感器獲得圖像，18、摩擦副相對運動時第二傳感器獲得圖像。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中目前對流體膜厚的軸向流速分布研究主要是理論計算，缺乏有效直接觀測手段，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N定制滑塊的摩擦副流體薄膜軸向流速成像測量裝置。

本發(fā)明采用動態(tài)流體標(biāo)記和虛成像技術(shù)，通過橫向觀測標(biāo)記和軸向觀測標(biāo)記以獲得摩擦副流體薄膜流速的三維信息。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種定制滑塊的摩擦副流體薄膜軸向流速成像測量裝置，該裝置由照明系統(tǒng)、摩擦副、橫向光學(xué)觀測系統(tǒng)、軸向光學(xué)觀測系統(tǒng)組成；照明系統(tǒng)包括：光源7、分光鏡6、第一物鏡5；摩擦副包括：流體標(biāo)記1、定制滑塊2、基底4；橫向光學(xué)觀測系統(tǒng)包括：第一物鏡5、第一透鏡8和第一圖像傳感器9；軸向光學(xué)觀測系統(tǒng)包括第二透鏡11、第二物鏡12、和第二圖像傳感器10；橫向光學(xué)觀測系統(tǒng)記錄和測量垂直于流體標(biāo)記1厚度方向的光學(xué)圖像，軸向光學(xué)觀測系統(tǒng)記錄和測量由定制滑塊2反射膜對流體標(biāo)記1所成虛像3，即沿流體標(biāo)記1厚度方向進行成像測量。

橫向光學(xué)觀測系統(tǒng)記錄和測量垂直于流體標(biāo)記1厚度方向的光學(xué)圖像(x-y平面)，軸向光學(xué)觀測系統(tǒng)記錄和測量由定制滑塊2反射膜對流體標(biāo)記1所成虛像3，即沿流體標(biāo)記1厚度方向進行成像測量(y-z平面)。

上述測試裝置中的定制滑塊2采用透明材料，為斜楔塊狀結(jié)構(gòu)，上下兩個平行水平面，一側(cè)為斜面，斜面同底面的夾角為30度～60度，且斜面表面鍍高反膜，滑塊下表面和基底鍍增透膜。

上述測試裝置中的流體標(biāo)記1位于定制滑塊2與基底4之間，定制滑塊2與基底4存在水平方向的相對運動(沿x軸方向運動)。

上述測試裝置中的流體標(biāo)記1可通過熒光漂白恢復(fù)或者粒子標(biāo)記等方式獲得，在光源7照射條件下，使流體標(biāo)記區(qū)域1的發(fā)光強度不同于非標(biāo)記區(qū)域。

上述測試裝置中由光源7發(fā)出的光線經(jīng)分光鏡6和第一物鏡5會聚，穿過基底4將流體標(biāo)記1照明，流體標(biāo)記1被定制滑塊2的斜面反射，形成標(biāo)記的虛像3，標(biāo)記的虛像3的光線經(jīng)基底4、第二物鏡12和第二透鏡11成像到第二圖像傳感器10上，分析摩擦副相對靜止時第一傳感器獲得圖像14和摩擦副相對運動時第一傳感器獲得圖像17之間的差異，從而通過橫向光學(xué)觀測系統(tǒng)得到流體垂直于厚度方向的速度信息。流體標(biāo)記1的光線直接穿過基底4，經(jīng)過第一物鏡5，透過分光鏡6，被第一透鏡成像于第一圖像傳感器9上，分析摩擦副相對靜止時第二傳感器獲得圖像15和摩擦副相對運動時第二傳感器獲得圖像18之間的差異，從而通過軸向光學(xué)觀測系統(tǒng)獲得流體沿厚度方向的速度信息。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。