Способ измерения площади контакта твердых тел Советский патент 1979 года по МПК G01N3/56 

1

-л h;

Изобретение относится к области оценки

фриквдошюго контакта твердых тел, в част йости площади фактического контакта и физикомеханического состояния поверхностей, образующих эту, площадь.

Известны способы оценки площади контакта, 5 основанные йа измерении электропроводности контакта, адгезии вещества, нанесенййго на одну из сопрягаемых поверхностей, на регистрации оптических эффектов в контакте, например метод полного внутреннего отражения t1.ю

Однако эти методы обладают недостаточной чувствительностью.

Известен способ измерения площади контакта твердых тел, из которых хотя бы одно прозрачно, заключающийся в том, что через одно из контактирующих тел пропускают оптические колебания и по изменению выходного параметра колебаний судят о площади контакта. В качестве выходного параметра в этом способе регистрируют изменение фазовой -модуляции.

отпческяк колебаний, вызванное изменением 20 поверхности контакта тел, от котЬрой происходит их отражение. Для улучшения отражения на контактирзтощую поверхность прозрачного тела наносят тонкую пленку, например, серебра 12.

Однако известный способ не применим для измерения площади динамического контакта,

а также при больших контактных нагрузках вследствие повреждения пл«гнки, технология нане/сения которой трудоемка.

Целью изобретения является измерение площади динамического контакта и увелтетениё диапзона контактных нагрузок.

Для этого по предлагаемому способу оптические колебания поляризуют и пропускают параллельно плоскости контакта, дополнительно нормально поверхности контакта возбуждают плоскую стоячую акустическую вопну с длиной полуволны, кратной длине образца, а измерение площади контакта осуществляют по изменению

.положения плоскоста поляризации по формуле

П К-дП

где U.P - изменение плоскости поляризации; К - коэффициент пропорциональности.

Способ осуществляют следующим образом.

Нормально поверхности контакта в одном из контактирующих тел (прозрачном) возбуждают плоскую стоячую акустическую волну, например, ультразвуковую. Оптические колебания про пуёказот параллельно поверхности контакта -через это же тело, причем длина волны используемого акустического излучения А связана с длиной оптическьго ()) соотношением: показатель преломления в теле в отсутствие акустических колебагшй; - ширина пучка акустических волн. случае рефракция отсутствует, и фронт тщоской световой воллы, падающей нормально на акустический пучок, по пр охождет1ии через этот пучок, испытывает запаздывание, про Юрциональное акустическому давлению. Размеры прозрачного тела должны быть значительно боль ше длггаы волны в среде, чтобы можно было считать акустический пучок плоскЬпараллельным кроме того, по длине образца должно укладьгаа Шцелое число полуволн.: 6 качестве источника оптических колебаний целесообразнее использовать ли;1еййу1б йель параллельную фронту акустической волнгы. При распространении акустической стоячей ШлМй Сбздайтся стационарные чередующиеся : области1 ж1 ияиУраШЬкеШя,пр преломления в каждой области тела проШрЦйбсуществующемуналш акустическому давлению . вэтих областях. .., .. . -.:.:-.,../ Г Вс)Шё Ш прйШ1дйШШэ ких колебаний через пятна фактического контак 7 fa рф|Ьйсхбдйт пере расг1чредеЛёние акустического давления, пропорциональное площади кбнтакта. В результате зтого информационный оптический сигнал, проходящий параллельно фронту стоячей волны, подвергается фазовой модуляции. Урове.нь модулящш в данном случае будет 0йределяться площадью контакта исследуемой пары. ,,,,. .,..,„:,... ,.....,,,. „, , - ..... Если оптические колебания дополнительно поляризовать, то проникновение акустической энергии в контртело вызывает изменение,плоскости их поляризации. Таким образом, при ис йбйьзований поляризованного излучения о площади контакта судят по изменению плоскости поляризации проходящего через тело оптического потока по формуле . к-дР, где Д Р - изменение плоскости поляризации; К - коэффициент пропорциональности, ко . торый зависит от оптических свойств сопрягаемых пар и оценивается путем предварительной тарировки. Одновременно с регистрацией площади факTTPIecKord койтакта можно регистрировать изменение скорости акустических колебаний, прощедщих через пятна молекулярного контакта в контртело , и получить дополнительную информацию, в частности о прогностных характеристиках поверхностных слоев материала, участвующих в образовании площади. Фор мула изобретения Способ измерения площади контакта тел, из которых хотя бы одно прозрачно, заключающийся в том, что через одно из кон1актирующйх тел пропускают оптически1Э колеба1Нйй и lie изменений) выходного параметра колебаний судяпг о площади контакта, б т л ичающийся тем, что, с целью измерения площади ДМа ;В1чёс1йрго контакта и увеличения диапазона йбнтаКйай йагрузок, оптические колёбаййя поаяризуйт и пропускают параллельно плоскости кЪнтакта, дополнительно нормально поверхности контакта возбуждают гшоскую стоячую акустическую волну с длиной полуволны, кратной длине образца, а измерение йпГби)1ади кйн1гШта осуществляют йй изменению пбУюжёНия плойкости поляризации по формуле : .Vl kAP, где АР - изменение плоскости йс ляризацин; К - коэффициент пропорциональности. Исгочщпси информации, , принятые вОвнимайие при экспертизе 1. Тарасенко Б. С. Методы и аппаратура для опред;еле1нкя фактической площади контакта. М., ЦЙТЭИ, ПНТД, тема 10, 1961, № М-61-207/17. 2. Демкин Н. Б. Контактирование шёроховатых поверхностей. М., Наука , 1970 (прототип)...