一种微摩擦测试仪制造技术

本发明专利技术一种微摩擦测试仪，获得微摩擦力和微载荷的数值，为微摩擦特性测试分析提供一种手段。本发明专利技术包括应变片、电阻应变仪、A/D卡、计算机；电阻应变仪包括电桥、放大器、相敏检波器、滤波器， A/D卡包括多路开关、采样保持器、A/D转换电路、微机接口电路；应变片的信号输出端连接电桥的信号输入端，电桥的信号输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接相敏检波器的输入端，相敏检波器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接多路开关的输入通道，多路开关的输出通道连接采样保持器的输入端，采样保持器的输出端连接A/D转换电路的信号输入端，A/D转换电路的信号输出端连接微机接口电路的输入端，微机接口电路的输出端连接计算机的输入端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微型机电系统
，具体地涉及一种微摩擦测试仪。
技术介绍
20世纪后半叶，随着大规模集成电路技术和微制造技术的发展，出现了微型机电系统(microelectromechanicalsystem，MEMS)，并且迅速成为当今最有生命力和最具发展前景的机械科学研究的前沿领域。微机械不是传统机械的直接微型化，而是基于现代科学技术，并作为整个纳米技术的重要组成部分的崭新的研究课题。相对于传统机械而言，微机电系统的摩擦问题显得十分突出。一方面，由于MEMS中存在的尺寸效应和表面效应，在构件微小型化后，其本身的物理性质及其对环境变化的响应也将发生很大改变，表面间摩擦阻力显著增大，使得许多的MEMS“能看不能动,能动不能用”。另一方面，MEMS往往利用摩擦作为牵引或驱动力，这时则要求摩擦力具有稳定的数值而且可以适时控制。因而微摩擦磨损特性和润滑问题已经成为开发MEMS的关键技术。这也是纳米摩擦学(nanotribology)或微观摩擦学(microtribology)成为摩擦学研究领域最为活跃的研究分支的主要原因。由于纳米摩擦学研究涉及到摩擦界的微观动态过程，在理论分析和实验研究上都存在很大的困难。就目前情况而言，实验测试技术还需要进一步完善，使之更加如实地反映实际工况。特别是需要建立微观摩擦学现象的物理模型和定量分析方法，完善分子动力学对于复杂和真实系统的模拟技术，发展新的理论计算方法。在微观摩擦学和宏观摩擦学相互沟通方面也有待进一步加强。在摩擦学研究中，常用的研究方法有实验方法(采用宏观摩擦损试验机和纳米摩擦仪器)和采用计算机模拟的分子动力学模拟方法。宏观摩擦磨损实验设备主要有环块销盘试验机、四球机圆盘试验机、SRV磨损测量仪等，试验机对摩擦试件的观察都是静态选位观察，其方法简单易行，但不能获得摩擦过程的动态信息，无法对摩擦过程进行动态观测和记录。它们加载的大小一般都在牛级以上；微观摩擦实验仪器主要有扫描探针显微镜(SPM)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、表面力仪(SFA)等，这些仪器的测量范围一般都在几平方微米的极小面积内，甚至是摩擦副几个分子间的接触，测量的力在纳牛量级。由于要求的测量精度和准确性都非常高，仪器的价格也就非常昂贵；分子动力学模拟一般模拟计算的粒子数都非常小，最多在数千个左右，而真实物理系统所包含的微观粒子数量往往高达1023数量级。显然,两者有着很大的差别,这也就使得分子动力学模拟方法得到的结果有时会非常不准确。为了减少误差，应当合理选择统计物理模型和理论计算方法，困难非常大。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种微摩擦测试仪；本专利技术采用微应变片获取摩擦力及载荷导致的变形信号，通过采集数据，在数据处理系统中进行数据处理，从而获得微摩擦力和微载荷的数值，为微摩擦特性测试和分析提供一种手段。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用如下技术方案。本专利技术一种微摩擦测试仪，包括应变片、电阻应变仪、A/D卡、计算机；其结构要点是：所述电阻应变仪包括电桥、放大器、相敏检波器、滤波器，所述A/D卡包括多路开关、采样保持器、A/D转换电路、微机接口电路；所述应变片的信号输出端连接电桥的信号输入端，电桥的信号输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接相敏检波器的输入端，相敏检波器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接多路开关的输入通道，多路开关的输出通道连接采样保持器的输入端，采样保持器的输出端连接A/D转换电路的信号输入端，A/D转换电路的信号输出端连接微机接口电路的输入端，微机接口电路的输出端连接计算机的输入端。作为本专利技术的一种优选方案，所述A/D卡的精度为12位。作为本专利技术的另一种优选方案，所述应变片采用箔式应变片。本专利技术的有益效果是。本专利技术提供的一种微摩擦测试仪，微机械构件界面的微摩擦不同于宏观摩擦，也不同于原子力/摩擦力显微镜探针与基片之间的微摩擦，因此，宏观或微观摩擦实验仪器对于微机械构件界面的微摩擦研究有很大的局限；本专利技术从微机械实际工况出发，考虑环境气氛的销盘式微摩擦测试仪及其数据处理系统,采用微应变片获取摩擦力及载荷引起的变形信号，通过A/D卡采集数据，然后在数据处理系统中进行数据处理，从而获得微摩擦力和微载荷的数值，为微摩擦特性测试分析和研究提供一种手段。附图说明图1是本专利技术一种微摩擦测试仪的硬件结构框图。图2是本专利技术一种微摩擦测试仪的管理流程图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术一种微摩擦测试仪的硬件结构框图。图中，包括应变片、电阻应变仪、A/D卡、计算机；其结构要点是：所述电阻应变仪包括电桥、放大器、相敏检波器、滤波器，所述A/D卡包括多路开关、采样保持器、A/D转换电路、微机接口电路；所述应变片的信号输出端连接电桥的信号输入端，电桥的信号输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接相敏检波器的输入端，相敏检波器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接多路开关的输入通道，多路开关的输出通道连接采样保持器的输入端，采样保持器的输出端连接A/D转换电路的信号输入端，A/D转换电路的信号输出端连接微机接口电路的输入端，微机接口电路的输出端连接计算机的输入端。所述A/D卡的精度为12位；两组通道在采集软件的控制下，分别采集载荷和摩擦力所产生的电信号，所述A/D卡的功能较多，主要有采样、保持、多路选择和模数转换等功能。按一定的采样频率，对来自动态电阻应变仪的信号进行采样并保持，通过所述多路开关多路选择，实现通道模数转换后输入到计算机进行相应处理。所述应变片采用箔式应变片；与簧片相连，力作用在簧片上使之产生变形，应变片也随之产生了应变，并将应变转换成电信号，因而应变片的选择直接影响到测量的精度。同时，在结构上，每一个测力簧片上有一组4个应变片，被两两分贴在簧片的正反两面，组成一个全桥回路，这样的结构既提高了电桥对微力的灵敏度，又能够进行温度补偿，因而提高了测量的精度。动态电阻应变仪能够实现对多路信号进行放大、检波和滤波等功能,通过对信号的调理,使之满足系统采集和处理数据的需要。如图2所示，为本专利技术一种微摩擦测试仪的管理流程图。微摩擦测试仪中通道管理模块主要采集载荷和摩擦力两个目标值，这就需要两个I/O端口去分别采集这两个值。通过通道管理，按一定的逻辑顺序读取两个端口的数据，协调采样、保持、多路选择和进行模数转换；从I/O端口采集到的是数字信号，并不是实验所需的实际测试值(如载荷和摩擦力)，因而需要数据处理模块进行相应的数据转换。首先，采用平均值滤波法来修正采集到的数据，并根据所用的A/D卡的参数将采集到的数字量转换为电压值；然后，将电压值转换成应变值；最后，转换成载荷和摩擦力的值(相互之间的对应关系可通过对系统的标定来得到)。这实际上是对采集目标信号的还原，同时，为了研究摩擦特征，还要将转换后的数据以点和连线的形式输出到显示器，并且计算出相应的摩擦系数。可以理解的是，以上关于本专利技术的具体描述，仅用于说明本专利技术而并非受限于本专利技术实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本专利技术进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微摩擦测试仪，包括应变片、电阻应变仪、A/D卡、计算机；其特征在于：所述电阻应变仪包括电桥、放大器、相敏检波器、滤波器，所述A/D卡包括多路开关、采样保持器、A/D转换电路、微机接口电路；所述应变片的信号输出端连接电桥的信号输入端，电桥的信号输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接相敏检波器的输入端，相敏检波器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接多路开关的输入通道，多路开关的输出通道连接采样保持器的输入端，采样保持器的输出端连接A/D转换电路的信号输入端，A/D转换电路的信号输出端连接微机接口电路的输入端，微机接口电路的输出端连接计算机的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种微摩擦测试仪，包括应变片、电阻应变仪、A/D卡、计算机；其特征在于：所述电阻应变仪包括电桥、放大器、相敏检波器、滤波器，所述A/D卡包括多路开关、采样保持器、A/D转换电路、微机接口电路；所述应变片的信号输出端连接电桥的信号输入端，电桥的信号输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接相敏检波器的输入端，相敏检波器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：富强，
申请(专利权)人：富强，
类型：发明
国别省市：辽宁;21