Устройство для измерения фактической площади контакта

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ к 968608

Сеюэ Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(И) М. Кп.

G 01 В 11/28 (22) Заявлено 29 ° 04 ° 80 (21) 2917767/25-28 с присоединением заявки ¹

Государственный ноинтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет(331УДК531 ° 721 (088.43) Опубликовано 23.10.82. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания23.10.82

Ю.В.Ашкеров, В.В.Букреев, Л.А.Осадчев, Г.

A.A.Òèùåíêî, Л.С.Цеснек и И. В.Черемис (72) Авторы . изобретения,ср„в (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ

ПЛОЩАДИ КОНТАКТА

15

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может; быть использовано для исследования контактных взаимодействий твердых тел.

Известно устройство, основанное на нарушении полного внутреннего отражения в местах контакта стеклянной призмы и шероховатой поверхнос-. тью (1 .

Недостатком устройства является невысокая точность измерения обусловленная.тем, что свет при полном внутреннем отражении проникает в воздушные зазоры между призмой и образцом и в исследуемую среду, вызывая погреш . ности измерения.

Наиболее близким по технической сущности и.достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее излучатель акустических волн, эталонный образец, на одной иэ сторон которого установлен излучатель, а противоположная сторона предназначена для установки контролируемого изделия, и приемник акустинеских волн, представляющий собой пьезоэлектричес. кий преобразователь, установленный за контролируемым образцом (2).

Однако часть акустических волн, :прошедших через зону контакта и рассеянных вследствие дифракции на шероховатостях контролируемого образца не достигает. приемника, что. приводит к погрешности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения фактической площади контакта, содержащем излучатель акустических волн, эталонный образец, на одной из сторон которого установлен излучатель, а противоположная сторона предназначена для установки контролируемого иэделия, и приемник акустических. волн, последний выполнен в виде интерференционного блока, содержащего последовательно установленные источник оптического излучения, размещенный на поверхнрсти эталонного образца со стороны контролируемого изделия волноводный двухлучевой интерферометр и фотоприемник, а размеры излучателя выбраны из условия обеспечения пересечения акустическими волнами опорного и измерительного плеч интерферометра.

На фиг.. 1 изображено устройство, вид сверху; на фиг. 2 — то же, вид сбоку.

968608

Если над зоной прохождения сигнального оптического волноводного пучка установить на поверхности защитного покрытия 14 контролируемое изделие 3 и привести его в контакт с эталонным образцом в области акустического столба, создаваемого излучателем 1, то акустические волны будут проходить через зону контакта" измерительного плеча 11 будет претерпевать изменение на величину д . пропорциональную мощности акустических волн, а сигнальный оптический волноводный пучок — изменение фазы ьф = k- an ° L где - ширина акустиСовмещение сигнального и опорного волноводных пучков осуществляется при помощи оптических волноводных

При установке контрольного образца 16 аналогичным образом происходят изменения фазы оптического волноводного пучка в опорном плече 12.

В этом случае..сигнал на выходе фотоприемника характеризует отклонение фактических площадей контакта с образцам 2 контролируемого изделия 3 и для уменьшения засветки фотоприемника 10 рассеянным издучением. Точность измерения ФПК поверхности повыаается за счет того, что акустооптическое взаимодействие происходит с той частью акустической волны, которая действительно проходит через фактический контакт и рассеивается на нем, что достигается выполнением приемника акустических волн в виде интврференционного блока, включающего волноводный двухлучевой интерферометр.

Установка контрольного образца позволяет избежать ошибки .в измерениях при использовании низкой акустической частоты. В этом случае эффективная толщина оптического ь9лновода

h><,уже не отвечает неравенству h>4,<(3 и зто приводит к тому, что в режиме стоячей акустической волны нельзя пренебрегать ее воздействием на волноводный пучок. Использование контрольного образца позволяет проводить сравнительный анализ ФПК контролируемых образцов.

Таким образом, выполнение приемника акустических волн в виде интерференционного блока,, установленного

Устройство содержит излучатель 1 акустических волн, например пьезоэлектрический, эталонный образец 2, на одной из сторон которого установлен излучатель 1, а противоположная сторона предназначена для установки контролируемого изделия 3, приемник акустических волн, выполненный в ви- де интерференционного блока, содер1 ,жащего последовательно установленные в контролируемое изделие 3 и режим источник 4 оптического излучения, IO стоячих акустических. волн в образце размещенный на поверхности эталонно- 2 будет меняться на режим бегущих го образца 2 со стороны контролируе- волн. В этом случае показатель премого изделия 3, волноводный двухлуче-, .ломления среды волновода на участке вой интерферометр, включающий делитель волноводного пучка, в виде диф- f5 ракционной решетки 5, полупрозрачную волноводную дифракционную решетку б i отражательные волноводные дифракционные решетки 7 и 8, оптический поглотитель 9 и Фотоприемник 10. Позиция- зп ческого столба, — волновое число. ми 11 и 12 обозначены измерительное и опорное плечи интерферометра соот- ветственно. Устройство также содержит волновод 13, защитное покРытие 14, I, дифракционных решеток 5-8. Иа выхогенератор 15 акУстических волн и конт- де фотоприемника 10 образуется пророльный образец 16. Выход генератора порциональный лф сигнал, характери15 акустических волн электрически эующий фактическую площадь контаксвяэан с изл чателем 1. Выходной та с контролируемого изделия 3 с сигнал с фон;приемника 10 поступает .образцом 2. в блок обргХжки сигналов (не показан ).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии на поверхности эталонного образца 2 контролируемого иэделн 3 и контрольного образца 16 акустк еские волны, возбуждаемые

Ъ пьезоэлектрическим излучателем 1, контрольного образца 16. подключенным к генератору 15, пол- Оптический поглотитель 9 служит ностью отражаются от свободной поверхности защитного покрытия 14 вол-. 40 новода 13, в результате чего в эталонном образце 2 образуются стоячие акустические волны. Оптический волново ц 13 представляет собой тонкую диэлектрическую прозрачную пленку 45 с показателем преломления, большим показателем преломления окружающих сред (покрытия 14 и образца 2 Толщина защитного покрытия 14 выбрана так, чтобы оптическая волна не проникала в окружающую среду, т.е. в контролируемое изделие 3 и контрольный образец 16. Полная толщина оптического волновода Ь Ф, (эффективная толщина) составляет величину порядка длины оптической волны.При

4 4, WX{k длина акустической волны) ойтическая волноводная волна распространяется в области узла стоячей акустической волны, т.е. в области, где оптические свойства среды не из- 60

Меняются под .действием акустической волны в режиме стоячих волн. При этом опорный и сигнальный оптические волноводные пучки практически не изменяют своих параметров. 65

968608

Формула изобретения б

Составитель Б.Потапов

Редактор Н.Лазаренко Техред Ж.Кастелевич Коррект ектоо М. Шароши

Заказ 8143/67 Тираж 614 Подписное

ВННИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 описанным образом,позволяет повысить точность измерений вследствие более полной регистрации энергии проходящих через зону контакта ультразвуковых волн

Устройство для измерения фактической площади контакта, содержащее излучатель акустических волн, эталонный образец, на одной из сторон которого установлен излучатель, а противоположная сторона предназначена для установки контролируемого изделия, и приемник акустических волн, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности измерения, приемник выполнен в виде интерференцйонного блока, содержимого последовательно ус-. тановленные источник оптического излучения, размещенный на поверхности эталонного образца со стороны контролируемого изделия волноводный двух" лучевой интерферометр и фотоприемник, а размеры излучателя выбраны из условия обеспечения пересечения акустическими волнами опорного и из10 мерительного плеч интерферометра.

Источники -.информациипринятые во внимание при экспертизе

1. Трение,изнашивание и смазка.

Справочник.Кн.1.N.,"ßàmaaîñòðîåaaå", >5 1978 с. 41-42.

2. Белый В.A.Òðåíaå и износ в материалах на основе полимеров. Минск, -"Наука и техника",1976,с.95-100 трототип).