一種微摩擦測試儀制造技術

本發明專利技術一種微摩擦測試儀，獲得微摩擦力和微載荷的數值，為微摩擦特性測試分析提供一種手段。本發明專利技術包括應變片、電阻應變儀、A/D卡、計算機；電阻應變儀包括電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器，?A/D卡包括多路開關、采樣保持器、A/D轉換電路、微機接口電路；應變片的信號輸出端連接電橋的信號輸入端，電橋的信號輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器的輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連接多路開關的輸入通道，多路開關的輸出通道連接采樣保持器的輸入端，采樣保持器的輸出端連接A/D轉換電路的信號輸入端，A/D轉換電路的信號輸出端連接微機接口電路的輸入端，微機接口電路的輸出端連接計算機的輸入端。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微型機電系統
，具體地涉及一種微摩擦測試儀。
技術介紹
20世紀后半葉，隨著大規模集成電路技術和微制造技術的發展，出現了微型機電系統(microelectromechanicalsystem，MEMS)，并且迅速成為當今最有生命力和最具發展前景的機械科學研究的前沿領域。微機械不是傳統機械的直接微型化，而是基于現代科學技術，并作為整個納米技術的重要組成部分的嶄新的研究課題。相對于傳統機械而言，微機電系統的摩擦問題顯得十分突出。一方面，由于MEMS中存在的尺寸效應和表面效應，在構件微小型化后，其本身的物理性質及其對環境變化的響應也將發生很大改變，表面間摩擦阻力顯著增大，使得許多的MEMS“能看不能動,能動不能用”。另一方面，MEMS往往利用摩擦作為牽引或驅動力，這時則要求摩擦力具有穩定的數值而且可以適時控制。因而微摩擦磨損特性和潤滑問題已經成為開發MEMS的關鍵技術。這也是納米摩擦學(nanotribology)或微觀摩擦學(microtribology)成為摩擦學研究領域最為活躍的研究分支的主要原因。由于納米摩擦學研究涉及到摩擦界的微觀動態過程，在理論分析和實驗研究上都存在很大的困難。就目前情況而言，實驗測試技術還需要進一步完善，使之更加如實地反映實際工況。特別是需要建立微觀摩擦學現象的物理模型和定量分析方法，完善分子動力學對于復雜和真實系統的模擬技術，發展新的理論計算方法。在微觀摩擦學和宏觀摩擦學相互溝通方面也有待進一步加強。在摩擦學研究中，常用的研究方法有實驗方法(采用宏觀摩擦損試驗機和納米摩擦儀器)和采用計算機模擬的分子動力學模擬方法。宏觀摩擦磨損實驗設備主要有環塊銷盤試驗機、四球機圓盤試驗機、SRV磨損測量儀等，試驗機對摩擦試件的觀察都是靜態選位觀察，其方法簡單易行，但不能獲得摩擦過程的動態信息，無法對摩擦過程進行動態觀測和記錄。它們加載的大小一般都在牛級以上；微觀摩擦實驗儀器主要有掃描探針顯微鏡(SPM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、表面力儀(SFA)等，這些儀器的測量范圍一般都在幾平方微米的極小面積內，甚至是摩擦副幾個分子間的接觸，測量的力在納牛量級。由于要求的測量精度和準確性都非常高，儀器的價格也就非常昂貴；分子動力學模擬一般模擬計算的粒子數都非常小，最多在數千個左右，而真實物理系統所包含的微觀粒子數量往往高達1023數量級。顯然,兩者有著很大的差別,這也就使得分子動力學模擬方法得到的結果有時會非常不準確。為了減少誤差，應當合理選擇統計物理模型和理論計算方法，困難非常大。
技術實現思路
本專利技術就是針對上述問題，彌補現有技術的不足，提供一種微摩擦測試儀；本專利技術采用微應變片獲取摩擦力及載荷導致的變形信號，通過采集數據，在數據處理系統中進行數據處理，從而獲得微摩擦力和微載荷的數值，為微摩擦特性測試和分析提供一種手段。為實現本專利技術的上述目的，本專利技術采用如下技術方案。本專利技術一種微摩擦測試儀，包括應變片、電阻應變儀、A/D卡、計算機；其結構要點是：所述電阻應變儀包括電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器，所述A/D卡包括多路開關、采樣保持器、A/D轉換電路、微機接口電路；所述應變片的信號輸出端連接電橋的信號輸入端，電橋的信號輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器的輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連接多路開關的輸入通道，多路開關的輸出通道連接采樣保持器的輸入端，采樣保持器的輸出端連接A/D轉換電路的信號輸入端，A/D轉換電路的信號輸出端連接微機接口電路的輸入端，微機接口電路的輸出端連接計算機的輸入端。作為本專利技術的一種優選方案，所述A/D卡的精度為12位。作為本專利技術的另一種優選方案，所述應變片采用箔式應變片。本專利技術的有益效果是。本專利技術提供的一種微摩擦測試儀，微機械構件界面的微摩擦不同于宏觀摩擦，也不同于原子力/摩擦力顯微鏡探針與基片之間的微摩擦，因此，宏觀或微觀摩擦實驗儀器對于微機械構件界面的微摩擦研究有很大的局限；本專利技術從微機械實際工況出發，考慮環境氣氛的銷盤式微摩擦測試儀及其數據處理系統,采用微應變片獲取摩擦力及載荷引起的變形信號，通過A/D卡采集數據，然后在數據處理系統中進行數據處理，從而獲得微摩擦力和微載荷的數值，為微摩擦特性測試分析和研究提供一種手段。附圖說明圖1是本專利技術一種微摩擦測試儀的硬件結構框圖。圖2是本專利技術一種微摩擦測試儀的管理流程圖。具體實施方式如圖1所示，為本專利技術一種微摩擦測試儀的硬件結構框圖。圖中，包括應變片、電阻應變儀、A/D卡、計算機；其結構要點是：所述電阻應變儀包括電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器，所述A/D卡包括多路開關、采樣保持器、A/D轉換電路、微機接口電路；所述應變片的信號輸出端連接電橋的信號輸入端，電橋的信號輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器的輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連接多路開關的輸入通道，多路開關的輸出通道連接采樣保持器的輸入端，采樣保持器的輸出端連接A/D轉換電路的信號輸入端，A/D轉換電路的信號輸出端連接微機接口電路的輸入端，微機接口電路的輸出端連接計算機的輸入端。所述A/D卡的精度為12位；兩組通道在采集軟件的控制下，分別采集載荷和摩擦力所產生的電信號，所述A/D卡的功能較多，主要有采樣、保持、多路選擇和模數轉換等功能。按一定的采樣頻率，對來自動態電阻應變儀的信號進行采樣并保持，通過所述多路開關多路選擇，實現通道模數轉換后輸入到計算機進行相應處理。所述應變片采用箔式應變片；與簧片相連，力作用在簧片上使之產生變形，應變片也隨之產生了應變，并將應變轉換成電信號，因而應變片的選擇直接影響到測量的精度。同時，在結構上，每一個測力簧片上有一組4個應變片，被兩兩分貼在簧片的正反兩面，組成一個全橋回路，這樣的結構既提高了電橋對微力的靈敏度，又能夠進行溫度補償，因而提高了測量的精度。動態電阻應變儀能夠實現對多路信號進行放大、檢波和濾波等功能,通過對信號的調理,使之滿足系統采集和處理數據的需要。如圖2所示，為本專利技術一種微摩擦測試儀的管理流程圖。微摩擦測試儀中通道管理模塊主要采集載荷和摩擦力兩個目標值，這就需要兩個I/O端口去分別采集這兩個值。通過通道管理，按一定的邏輯順序讀取兩個端口的數據，協調采樣、保持、多路選擇和進行模數轉換；從I/O端口采集到的是數字信號，并不是實驗所需的實際測試值(如載荷和摩擦力)，因而需要數據處理模塊進行相應的數據轉換。首先，采用平均值濾波法來修正采集到的數據，并根據所用的A/D卡的參數將采集到的數字量轉換為電壓值；然后，將電壓值轉換成應變值；最后，轉換成載荷和摩擦力的值(相互之間的對應關系可通過對系統的標定來得到)。這實際上是對采集目標信號的還原，同時，為了研究摩擦特征，還要將轉換后的數據以點和連線的形式輸出到顯示器，并且計算出相應的摩擦系數。可以理解的是，以上關于本專利技術的具體描述，僅用于說明本專利技術而并非受限于本專利技術實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本專利技術進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微摩擦測試儀，包括應變片、電阻應變儀、A/D卡、計算機；其特征在于：所述電阻應變儀包括電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器，所述A/D卡包括多路開關、采樣保持器、A/D轉換電路、微機接口電路；所述應變片的信號輸出端連接電橋的信號輸入端，電橋的信號輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器的輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連接多路開關的輸入通道，多路開關的輸出通道連接采樣保持器的輸入端，采樣保持器的輸出端連接A/D轉換電路的信號輸入端，A/D轉換電路的信號輸出端連接微機接口電路的輸入端，微機接口電路的輸出端連接計算機的輸入端。

【技術特征摘要】
1.一種微摩擦測試儀，包括應變片、電阻應變儀、A/D卡、計算機；其特征在于：所述電阻應變儀包括電橋、放大器、相敏檢波器、濾波器，所述A/D卡包括多路開關、采樣保持器、A/D轉換電路、微機接口電路；所述應變片的信號輸出端連接電橋的信號輸入端，電橋的信號輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器的輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：富強，
申請(專利權)人：富強，
類型：發明
國別省市：遼寧;21