[发明专利]一种两球间静动态液桥观测系统及方法

权利要求书

1.一种两球间静动态液桥观测系统，其特征在于：包括悬臂梁、上球形颗粒、下球形颗粒、激光位移数据采集系统和高速摄像图像采集系统；所述的悬臂梁一端固定在减震试验台上；所述的下球形颗粒固定在悬臂梁的自由端边缘中心处；所述的上球形颗粒通过三自由度丝杠系统布置在下球形颗粒上方；所述的激光位移数据采集系统包括激光测距传感器；所述的激光测距传感器布置在悬臂梁下方，激光光点对准悬臂梁自由边缘中点处；所述的高速摄像图像采集系统包括高速摄像机和工业相机；所述的高速摄像机安装在可调高度的相机支架上，视野范围对准上球形颗粒和下球形颗粒，用于记录两球间液桥形成、拉伸、断裂的完整过程；所述的工业相机安装在减震试验台上，视野界面准心位于上球形颗粒和下球形颗粒的间隙中点，用于两球对心；所述的工业相机的视野方向与高速摄像机的视野方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一种两球间静动态液桥观测系统，其特征在于：所述的下球形颗粒通过透明硬质胶条固定在悬臂梁的自由端边缘中心处。

3.根据权利要求1或2所述的一种两球间静动态液桥观测系统，其特征在于：所述的三自由度丝杠系统由三组丝杠装置组成；所述的丝杠装置包括底座，在底座顶面左右两端设有支撑板，在两块支撑板之间安装有丝杠，在丝杠上安装有丝杠位移滑块；第一组丝杠装置布置在底层；第二组丝杠装置垂直布置在第一组丝杠装置的上方，第二组丝杠装置的底座与第一组丝杠装置的丝杠位移滑块连接；第一组丝杠装置与第二组丝杠装置的丝杠位移滑块在水平方向上两个自由度运动；第三组丝杠装置的丝杠位移滑块在竖直方向上运动，第三组丝杠装置的底座与第二组丝杠装置的丝杠位移滑块连接。

4.根据权利要求3所述的一种两球间静动态液桥观测系统，其特征在于：所述的上球形颗粒通过伸长板与第三组丝杠装置的丝杠位移滑块连接，上球形颗粒固定在伸长板的自由端，伸长板的另一端固定在第三组丝杠装置的丝杠位移滑块上。

5.根据权利要求4所述的一种两球间静动态液桥观测系统，其特征在于：还包括三自由度位移控制系统；所述的三自由度位移控制系统包括电动机、手动位移调节转轮和位移控制箱；所述的电动机设置在第三组丝杠装置上，用于自动控制上球形颗粒在垂向自由度的位移；所述的位移控制箱与电动机连接；所述的手动位移调节转轮安装在第一组丝杠装置与第二组丝杠装置上，用于手动调节上球形颗粒在水平方向上两个自由度的位移。

6.一种两球间静动态液桥观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建两球间静动态液桥观测系统；

所述的两球间静动态液桥观测系统包括悬臂梁、上球形颗粒、下球形颗粒、激光位移数据采集系统、高速摄像图像采集系统和三自由度位移控制系统；所述的悬臂梁一端固定在减震试验台上；所述的下球形颗粒固定在悬臂梁的自由端边缘中心处；所述的上球形颗粒通过三自由度丝杠系统布置在下球形颗粒上方；所述的激光位移数据采集系统包括激光测距传感器；所述的激光测距传感器布置在悬臂梁下方，激光光点对准悬臂梁自由边缘中点处；所述的高速摄像图像采集系统包括高速摄像机和工业相机；所述的高速摄像机安装在可调高度的相机支架上，视野范围对准上球形颗粒和下球形颗粒，用于记录两球间液桥形成、拉伸、断裂的完整过程；所述的工业相机安装在减震试验台上，视野界面准心位于上球形颗粒和下球形颗粒的间隙中点，用于两球对心；所述的工业相机的视野方向与高速摄像机的视野方向垂直；所述的三自由度位移控制系统包括电动机和位移控制箱；所述的上球形颗粒在垂向自由度的位移由电动机自动控制；所述的位移控制箱与电动机连接；所述的上球形颗粒在水平方向上两个自由度的位移由手动调节；

步骤2：通过三自由度位移控制系统调节上球形颗粒的位置，观察工业相机和高速摄像机的显示界面，使上球形颗粒与下球形颗粒对心；

步骤3：将位移控制箱设置为步进模式，设置步进距离，执行步骤4至步骤6进行静态液桥力的测量；将位移控制箱设置为连续运动模式，输入拉伸速度，执行步骤4至步骤6进行动态液桥力的测量；

步骤4：通过位移控制箱控制电动机使上球形颗粒接近下球形颗粒，通过移液器在下球形颗粒的球冠最高点处添加液体，继续下降上球形颗粒直至两球间距为零，记录此时激光测距传感器的度数为初始点；

步骤5：通过位移控制箱控制电动机使上球形颗粒远离下球形颗粒，拉伸液桥直至断裂，整个过程中激光测距传感器记录悬臂梁挠度，高速摄像机拍摄记录整个液桥拉伸拉断过程；

步骤6：通过激光测距传感器记录的悬臂梁挠度，间接计算实时液桥力的数值大小；通过高速摄像机拍摄记录的两球间液桥形成、拉伸、断裂的全过程，进行图像处理得到液桥液桥形貌特性参数。