[发明专利]一种定制滑块的摩擦副流体薄膜轴向流速成像测量装置

说明书

本发明公开了一种定制滑块的摩擦副流体薄膜轴向流速成像测量装置，包括照明机构、摩擦副、横向光学观测机构和轴向光学观测机构，所述照明机构为流体标记提供光源，摩擦副包括定制滑块，流体标记通过定制滑块的反射，形成标记的虚像，横向光学观测机构测量并记录垂直于流体标记厚度方向的光学图像，轴向光学观测机构测量并记录流体标记形成的虚像的光学图像，通过对比摩擦副相对于流体标记静止和运动时的图像差异，以实现流体在限制间隙中的三维流速测量与分析。本发明设备简单，易操作。

技术领域

本发明涉及摩擦副流体薄膜测量领域，具体涉及一种定制滑块的摩擦副流体薄膜轴向流速成像测量装置。

背景技术

流体薄膜广泛存在于微流体器件、轴承和生物体的润滑中。流体动力润滑和弹性流体动力润滑轴向流速分布复杂，除了由两表面相对滑动速度引起的纯剪切流动，还可能存在由压力梯度引起的压力流动。

流体薄膜轴向流速分布受润滑油的结构特性和界面润湿性等多种因素影响，轴向流速分布形状非常复杂。其分布状态影响摩擦副的承载力和摩擦力。同时由于膜厚在微米量级，微间隙轴向成像观测困难，目前对流体膜厚的轴向流速分布研究主要是理论计算，缺乏有效直接的观测手段。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种定制滑块的摩擦副流体薄膜轴向流速成像测量装置，本发明通过设置横向光学观测机构对垂直于流体标记厚度方向的光学信息进行记录，轴向光学观测机构获取由定制滑块所成虚像，对平行于流体标记厚度平面信息进行成像测量，具有结构简单，易设计加工，可测量微间隙内复杂流体的三维流速分布。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种定制滑块的摩擦副流体薄膜轴向流速成像测量装置，包括照明机构、摩擦副、横向光学观测机构和轴向光学观测机构，所述照明机构为流体标记提供光源，所述摩擦副包括定制滑块，所述流体标记通过定制滑块的反射，形成标记的虚像，所述横向光学观测机构测量并记录垂直于流体标记厚度方向的光学图像，所述轴向光学观测机构测量并记录流体标记形成的虚像的光学图像，通过对比摩擦副相对静止和运动时的流体标记图像的差异，以实现流体在限制间隙中的三维流速测量与分析。

进一步的，所述摩擦副包括定制滑块和基底，流体被限制在基底和定制滑块之间，照明机构的光源穿过基底将流体标记照明，流体标记区域的发光强度不同于非标记区域。

进一步的，所述定制滑块和基底的位置能够发生相对变动，且该变动限定于水平方向上。

进一步的，所述定制滑块，为斜楔块状结构，具有上下两个平行水平面，一侧为斜面，流体标记的图像经过该斜面反射，形成虚像。

进一步的，所述定制滑块为透明材质。

进一步的，所述斜面同水平面的夹角为30度～60度。

进一步的，所述斜面表面镀有高反膜，滑块下表面和基底镀有增透膜。

进一步的，所述照明机构，包括光源、分光镜和第一物镜，所述光源发出的光线通过分光镜后通过第一物镜会聚，对流体标记进行照明。

进一步的，所述横向光学观测机构包括第一透镜和第一图像传感器，所述第一透镜和第一图像传感器与第一物镜设置在同一轴线上，流体标记的光线直接穿过基底，依次经过第一物镜和分光镜，被第一透镜成像于第一图像传感器上，得到横向流体标记流速信息。

进一步的，所述轴向光学观测机构包括位于同一轴线上的第二物镜、第二透镜和第二图像传感器，流体标记虚像的光线经基底、第二物镜和第二透镜成像到第二图像传感器上，得到轴向流体标记流速信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明实现流体在限制间隙中的三维流速测量，且测试精度高。