[发明专利]一种摩擦副流体薄膜流速的三维观测方法

说明书

本发明公开了一种摩擦副流体薄膜流速的三维观测方法，构建定制滑块，使其具有一能够反射流体虚像的透明斜面，定制滑块与基底平行设置，形成摩擦副，将流体限制于两者的间隙中；在定制滑块和基底的流体中添加荧光物质，设置光源，使得光源发出的光线会聚，穿过基底会聚以漂白流体中的荧光物质，产生流体标记；通过采集和对比定制滑块和基底相对静止时和相对运动时流体标记厚度方向的光学图像和流体标记发出的光线被定制滑块的斜面反射，形成的虚像的光学图像，以获得摩擦副流体薄膜流速的三维信息。

技术领域

本发明涉及摩擦副流体薄膜测量领域，具体涉及一种摩擦副流体薄膜流速的三维观测方法。

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，流速分布形状非常复杂。目前对流体膜厚的流速分布研究主要是理论计算，缺乏有效直接的三维观测手段。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种摩擦副流体薄膜流速的三维观测方法，本发明可实现流体在限制间隙中的三维流速测量，且测试精度高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摩擦副流体薄膜流速的三维观测方法，包括以下步骤：

(1)构建定制滑块，使其具有能够反射流体虚像的透明斜面，定制滑块与基底平行设置，形成摩擦副，将流体限制于两者的间隙中；

(2)在定制滑块和基底的流体中添加荧光物质，设置光源，使得光源发出的光线会聚，穿过基底会聚以漂白流体中的荧光物质，产生流体标记；

(3)采集定制滑块和基底相对静止时流体标记厚度方向的光学图像和流体标记发出的光线被定制滑块的斜面反射，形成虚像的光学图像，并记录时间；

(4)采集定制滑块和基底相对运动时流体标记厚度方向的光学图像和流体标记发出的光线被定制滑块的斜面反射，形成虚像的光学图像，并记录时间；

(5)对比步骤(3)和步骤(4)中获取的图像，得到摩擦副流体薄膜垂直于摩擦副运动方向和平行摩擦副运动方向沿厚度变化的流速信息。

所述步骤(1)中，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。

所述步骤(1)中，定制滑块，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。

所述步骤(1)中，定制滑块为透明材质。

所述步骤(1)中，斜面同水平面的夹角为30度～60度。

所述步骤(1)中，斜面表面镀有高反膜，滑块下表面和基底镀有增透膜。

所述步骤(2)中，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。

所述步骤(3)中，流体标记发出的光线经第一物镜和分光镜，被第一透镜成像到第一传感器，获得垂直于流体标记厚度方向的光学图像，使流体标记发出的光线被定制滑块的斜面反射，形成标记的虚像，标记的虚像的光线经基底、第二物镜和第二透镜成像到第二图像传感器上。

所述步骤(5)中，对比摩擦副相对静止时第一传感器获得图像和摩擦副相对运动时第一传感器获得图像，求取摩擦副流体薄膜垂直于摩擦副运动方向的流速信息。

所述步骤(5)中，对比摩擦副相对静止时第二传感器获得图像和摩擦副相对运动时第二传感器获得图像，求取摩擦副流体薄膜平行摩擦副运动方向不同膜厚位置的流速信息。