一种基于双端固定式石英音叉的二维测力装置及其方法

摘要

本发明公开了一种基于双端固定式石英音叉的二维测力装置及其方法，装置包括支架、石英音叉、振动发生器、测量探针、多普勒振动测试仪、压电微动实验台、第一正及第二正弦信号发生器、信号调理电路、第一及第二锁相放大器、数据采集模块和计算机；方法包括以下步骤：将待测样品放置在压电微动实验台上，调整压电微动实验台与测量探针的距离；调整第一及第二正弦信号发生器的振动频率以及幅值；连续调整压电微动实验台的高度，使其以设定的速度接近测量探针；计算机开始记录振动幅值、相位变化信息；然后计算出轴向力F_n以及水平方向的剪切力F_S。本发明能够实现液相物质轴向力及剪切力的二维力测量，可以获得较高的Q值，从而获得较高的灵敏度。

主权项

一种基于双端固定式石英音叉的二维测力装置，其特征在于，包括支架(1)、嵌入支架(1)中用于测量轴向力的石英音叉(2)、振动发生器(3)、测量探针(4)、多普勒振动测试仪(5)、位于测量探针(4)下方的压电微动实验台(6)、用作激励源的第一正弦信号发生器(7)及第二正弦信号发生器(8)、输入端接第二石英音叉电极用于实现石英音叉输出信号I/V转换及放大的信号调理电路(9)、第一锁相放大器(10)及第二锁相放大器(11)、与第一锁相放大器(10)及第二锁相放大器(11)输出端相连接用于采集第一锁相放大器(10)及第二锁相放大器(11)输出信号的数据采集模块(12)和与数据采集模块(12)输出端相连接的计算机(13)；待测润滑剂薄膜(14)放置在所述压电微动实验台(6)上，所述压电微动实验台(6)通过压电位移驱动器调整实验台高度；所述石英音叉(2)的一端固定在支架(1)上，另一端与振动发生器(3)的背面相连接，所述振动发生器(3)的正面与测量探针(4)相连接；所述石英音叉(2)包括用于驱动石英音叉(2)振动的第一音叉臂和用于采集石英音叉输出信号的第二音叉臂，所述第一音叉臂和第二音叉臂分别连接第一石英音叉电极和第二石英音叉电极；所述多普勒振动测试仪(5)其激光束瞄准测量探针(4)，反射光频率随着测量探针(4)振动速度发生偏移，所述多普勒振动测试仪(5)检测该反射光，经过光电转换，转换为电压信号输出，所述多普勒振动测试仪(5)的输出端与第二锁相放大器(11)输入端相接；所述第一正弦信号发生器(7)的第一输出端接第一石英音叉电极用于对其进行驱动，第一正弦信号发生器(7)的第二输出端将参考信号输入第一锁相放大器(10)；所述第二正弦信号发生器(8)的第一输出端接振动发生器(3)用于驱动其在水平方向振动，第二正弦信号发生器(8)的第二输出端将参考信号输入第二锁相放大器(11)；所述第一锁相放大器(10)用于比较石英音叉输出信号与参考信号的相位、振幅变化，并将其变化转换为电压；所述第二锁相放大器(11)用于比较多普勒振动测试仪(5)输出信号与参考信号的相位、振幅变化，并将其变化转换为电压；所述计算机(13)对数据采集模块(12)采集的信息进行分析计算出轴向力F_n以及水平方向的剪切力F_S，同时驱动所述压电微动实验台(6)以设定的速度接近测量探针(4)。