本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置和方法，尤其涉及一種潤(rùn)滑界面條件下摩擦過(guò)程的和頻信號(hào)在線測(cè)量裝置以及測(cè)量潤(rùn)滑界面摩擦化學(xué)性能的方法。
背景技術(shù)：
：界面現(xiàn)象與自然界密切相關(guān)，界面研究與許多物理化學(xué)問(wèn)題聯(lián)系緊密，界面研究被運(yùn)用在在材料科學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、環(huán)境保護(hù)和石油化工等領(lǐng)域。潤(rùn)滑界面在摩擦過(guò)程中界面分子會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，摩擦過(guò)程對(duì)于界面研究具有重要的意義。目前已經(jīng)存在一些界面研究手段，如力學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)方法，以及粒子散射、X射線衍射技術(shù)等，這些方法大多需要在真空條件下進(jìn)行，而且需要改變樣品表面狀態(tài)，力學(xué)方法如表面張力、接觸角測(cè)量，雖然能夠了解氣液界面和固液界面的宏觀性質(zhì)，但是得不到它們的微觀分子信息。以上的實(shí)驗(yàn)技術(shù)受到各種不同條件的制約，而和頻振動(dòng)光譜作為非線性光學(xué)方法，具有獨(dú)特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測(cè)量信號(hào)得到界面分子信息。和頻振動(dòng)光譜可以通過(guò)對(duì)光強(qiáng)、相位、偏振的測(cè)量給出分子在界面的取向、界面分子密度、分子振動(dòng)峰模式歸屬以及動(dòng)力學(xué)等方面的信息。但和頻信號(hào)十分微弱，需要設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)裝置，用于測(cè)量潤(rùn)滑界面條件下摩擦過(guò)程的和頻信號(hào)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，確有必要提供一種測(cè)量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中和頻信號(hào)的裝置以及測(cè)量潤(rùn)滑界面摩擦化學(xué)性能的方法。一種潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置，其包括：一棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、一棱鏡架、一半球缺棱鏡以及一可動(dòng)球。所述棱鏡架設(shè)置于所述棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述半球缺棱鏡設(shè)置于所述棱鏡架，所述可動(dòng)球可以旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。所述棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整所述棱鏡架的高度以及該棱鏡架與水平面的平行度，進(jìn)而調(diào)整所述半球缺棱鏡的高度以及該半球缺棱鏡與水平面的平行度，使所述半球缺棱鏡與所述可動(dòng)球相接觸，所述可動(dòng)球與所述半球缺棱鏡構(gòu)成一對(duì)摩擦副。一種測(cè)量摩擦化學(xué)性能的方法，其包括以下步驟：提供一潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置，該潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置中球與半球缺棱鏡形成一對(duì)摩擦副；和頻系統(tǒng)的兩束光分別從所述半球缺棱鏡的圓周面垂直入射，會(huì)聚于所述半球缺棱鏡和可動(dòng)球的接觸點(diǎn)，從而產(chǎn)生和頻光；所述和頻光經(jīng)所述半球缺棱鏡的圓周面垂直出射和后續(xù)反射鏡反射后進(jìn)入單色儀，用于分析摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)變化。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了摩擦過(guò)程中可動(dòng)球與半球缺棱鏡的精密接觸；半球缺棱鏡既提供了固定界面，又使光垂直入射，還保證了入射光在界面處的全反射，增強(qiáng)了光的能量從而增強(qiáng)和頻信號(hào)；實(shí)現(xiàn)了摩擦過(guò)程中和頻信號(hào)的在線測(cè)量。另外，本發(fā)明采用和頻振動(dòng)光譜方法，以紅外光和可見(jiàn)光為入射光，兩束光在潤(rùn)滑界面處重疊產(chǎn)生和頻信號(hào)，具有獨(dú)特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測(cè)量信號(hào)得到界面分子信息。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施方式提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置的俯視圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施方式提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置的側(cè)視圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施方式提供的半球缺棱鏡的立體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施方式提供的測(cè)量潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)的實(shí)驗(yàn)原理圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明滑界面和頻信號(hào)的測(cè)量裝置1棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10棱鏡架11半球缺棱鏡12垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13豎向固定桿架14棱鏡架水平位移調(diào)節(jié)單元16高度調(diào)節(jié)旋鈕17可動(dòng)球18顯微鏡19潤(rùn)滑劑20第一棱鏡架110第二棱鏡架111第一橫向桿架112第一固定裝置113第一鎖緊裝置114第二橫向桿架115第二固定裝置116第二鎖緊裝置117第一平臺(tái)161第二平臺(tái)162旋鈕163如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置包括棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、棱鏡架、半球缺棱鏡以及可動(dòng)球。所述半球缺棱鏡設(shè)置于所述棱鏡架，所述棱鏡架設(shè)置于所述棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整所述棱鏡架的高度以及該棱鏡架與水平面的平行度，進(jìn)而調(diào)整所述半球缺棱鏡的高度以及該半球缺棱鏡與水平面的平行度，使所述半球缺棱鏡與所述可動(dòng)球相接觸。潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖1至圖3，潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置1包括：棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10、棱鏡架11、半球缺棱鏡12以及可動(dòng)球。所述棱鏡架位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13、豎向固定桿架14、棱鏡架水平位移調(diào)節(jié)單元16以及高度調(diào)節(jié)旋鈕17（圖未示）。所述垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13可以采用剪式升降臺(tái)，手動(dòng)帶動(dòng)該垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13升降，當(dāng)然也可以是其他形式的升降臺(tái)，只要能實(shí)現(xiàn)該垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13升降即可。所述豎向固定桿架14包括第一豎向固定桿架141和第二豎向固定桿架142。所述棱鏡架水平位移調(diào)節(jié)單元16包括第一平臺(tái)161、第二平臺(tái)162以及穿設(shè)于所述第一平臺(tái)161并與所述第二平臺(tái)162接觸的多個(gè)旋鈕163。所述第一平臺(tái)161通過(guò)第一豎向固定桿架141設(shè)置于所述垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13，所述第二平臺(tái)162設(shè)置于穿設(shè)于所述第一平臺(tái)161的多個(gè)旋鈕163。所述第二豎向固定桿架142固定于所述第二平臺(tái)162。所述高度調(diào)節(jié)旋鈕17設(shè)置于所述第二豎向固定桿架142，可以調(diào)整所述豎向固定桿架14的高度。所述棱鏡架11由第一棱鏡架110和第二棱鏡架111組成，所述第一棱鏡架110包括第一橫向桿架112，第一固定裝置113以及第一鎖緊裝置114，該第一固定裝置113設(shè)置于所述第一橫向桿架112的一端，該第一橫向桿架112的另一端通過(guò)第一鎖緊裝置114固定于所述第二豎向固定桿架142。所述第二棱鏡架111包括第二橫向桿架115，第二固定裝置116以及第二鎖緊裝置117，該第二固定裝置116設(shè)置于所述第二橫向桿架115的一端，該第二橫向桿架115的另一端通過(guò)第二鎖緊裝置117固定于所述第二豎向固定桿架142。并且，所述第一固定裝置113和第二固定裝置116在豎直方向相對(duì)設(shè)置，用于將所述半球缺棱鏡12固定在其中。所述第一棱鏡架110和第二棱鏡架111在所述第二豎向固定桿架142的位置可調(diào)，所以，通過(guò)該棱鏡架11可以?shī)A持大小不同的半球缺棱鏡12。所述可動(dòng)球由一個(gè)支撐裝置支撐（圖未示），具體的該可動(dòng)球可以設(shè)置在三個(gè)陶瓷軸承上，由該三個(gè)陶瓷軸承支撐，且該可動(dòng)球一端連接到連接軸，該連接軸連接到傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器連接到電機(jī)。在所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，所述可動(dòng)球可以旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。通過(guò)調(diào)整所述垂直位移調(diào)節(jié)平臺(tái)13、高度調(diào)節(jié)旋鈕17或所述棱鏡架11均可以調(diào)節(jié)所述半球缺棱鏡12的高度，實(shí)現(xiàn)所述半球缺棱鏡12與所述可動(dòng)球的接觸。所述半球缺棱鏡12通過(guò)所述第一固定裝置113和第二固定裝置116固定，通過(guò)調(diào)整穿設(shè)于所述第一平臺(tái)161的多個(gè)旋鈕163中的某些旋鈕163可以調(diào)整所述第二平臺(tái)162與水平面的平行度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述半球缺棱鏡12的底面與水平面平行。通過(guò)控制所述潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置1可以實(shí)現(xiàn)所述可動(dòng)球與所述半球缺棱鏡12相接觸，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后帶動(dòng)所述可動(dòng)球旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，可動(dòng)球與所述半球缺棱鏡12的下表面構(gòu)成一對(duì)摩擦副。所述半球缺棱鏡12是自行設(shè)計(jì)加工的半球缺石英棱鏡。請(qǐng)一并參閱圖4，所謂半球缺棱鏡12即一個(gè)半球棱鏡的頂部被平面截下后的棱鏡。所述半球缺棱鏡12包括上表面、下表面以及設(shè)置于所述上表面和下表面之間的圓周面。所述上表面和下表面可以平行也可以不平行。優(yōu)選地，所述上表面和下表面平行，且上表面和下表面的直徑比例為1：2。所述第一固定裝置113和第二固定裝置116分別與所述上表面和下表面接觸，將所述半球缺棱鏡12夾持其中?？梢岳斫猓鰸?rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置1可以進(jìn)一步包括一顯微鏡19，該顯微鏡19方便觀察光點(diǎn)的重合。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種在線測(cè)量潤(rùn)滑界面摩擦化學(xué)性能的方法。首先，提供一種如前所述的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置1。請(qǐng)參閱圖5，以半球缺棱鏡12和可動(dòng)球18作為一對(duì)摩擦副，之間添加有潤(rùn)滑劑20。半球缺棱鏡12的下表面平行于水平面放置，半球缺棱鏡12和可動(dòng)球18接觸，然后啟動(dòng)電機(jī)，可動(dòng)球18獲得轉(zhuǎn)速，可動(dòng)球18和半球缺棱鏡12之間產(chǎn)生摩擦。調(diào)節(jié)半球缺棱鏡12和可動(dòng)球18的位置，使半球缺棱鏡12和可動(dòng)球18正好位于紅外光和可見(jiàn)光的會(huì)聚點(diǎn)。和頻系統(tǒng)的紅外光和可見(jiàn)光分別從半球缺棱鏡的圓周面垂直入射，也就是說(shuō)和頻系統(tǒng)的紅外光和可見(jiàn)光入射至所述半球缺棱鏡的球心，即會(huì)聚于半球缺棱鏡12和可動(dòng)球18的接觸點(diǎn)，同時(shí)兩束光的光程差為0，保證時(shí)間上重疊。由此產(chǎn)生頻率為兩束光頻率之和的和頻光，通過(guò)半球缺棱鏡12的圓周面垂直出射，之后經(jīng)反射鏡反射進(jìn)入單色儀，用于實(shí)時(shí)分析摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)變化。在線測(cè)量潤(rùn)滑界面摩擦化學(xué)性能的方法的工作原理：潤(rùn)滑界面摩擦實(shí)驗(yàn)的化學(xué)性能表征，采用和頻振動(dòng)光譜方法，以紅外光和可見(jiàn)光為入射光，兩束光在潤(rùn)滑界面處重疊產(chǎn)生和頻信號(hào)，測(cè)量和頻振動(dòng)光譜以分析摩擦過(guò)程中界面分子信息。當(dāng)可動(dòng)球18隨著電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與半球缺棱鏡12構(gòu)成一對(duì)摩擦副，添加潤(rùn)滑劑20后形成潤(rùn)滑界面，根據(jù)測(cè)得的和頻信號(hào)可以在線檢測(cè)可動(dòng)球18和半球缺棱鏡12摩擦過(guò)程中潤(rùn)滑界面分子的變化。在線測(cè)量潤(rùn)滑界面摩擦化學(xué)性能的方法的工作原理：潤(rùn)滑界面摩擦實(shí)驗(yàn)的化學(xué)性能表征，采用和頻振動(dòng)光譜方法，以紅外光和可見(jiàn)光為入射光，兩束光在潤(rùn)滑界面處重疊產(chǎn)生和頻信號(hào)，測(cè)量和頻振動(dòng)光譜以分析摩擦過(guò)程中界面分子信息。當(dāng)可動(dòng)球18隨著電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與半球缺棱鏡12構(gòu)成一對(duì)摩擦副，添加潤(rùn)滑劑20后形成潤(rùn)滑界面，根據(jù)測(cè)得的和頻信號(hào)可以在線檢測(cè)可動(dòng)球18和半球缺棱鏡12摩擦過(guò)程中潤(rùn)滑界面分子的變化。本實(shí)施例提供的潤(rùn)滑界面和頻信號(hào)測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)：摩擦過(guò)程中球與棱鏡的精密接觸；自行設(shè)計(jì)的半球缺棱鏡既提供了固定界面，又使光垂直入射，還保證了入射光在界面處的全反射，增強(qiáng)了光的能量從而增強(qiáng)和頻信號(hào)；實(shí)現(xiàn)了摩擦過(guò)程中和頻信號(hào)的在線測(cè)量。本實(shí)施例采用和頻振動(dòng)光譜方法，以紅外光和可見(jiàn)光為入射光，兩束光在潤(rùn)滑界面處重疊產(chǎn)生和頻信號(hào)，具有獨(dú)特的界面選擇性和界面單分子層靈敏性，利于分析測(cè)量信號(hào)得到界面分子信息。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3