应用超声波与计算机对摩擦副接触状态的实时探测

　　(一)试验装置工作原理

　　试验装置由超声波摩擦试验台、计算机与打印机、接口线路3部分组成(图1)。第1部分是整个装置的核心。超声波的光学性质和穿透性质提供了能观测封闭的摩擦副空间的可能性。计算机与打机是用来作数据采集和打印;接口线路起模数转换、机械部分和计算机之间匹配与同步作用试验装置工作原理如下:连续波超声波发射仪1通过发射探头3，向摩擦副接触区8发射超声波。接收探头7接收透过实际接触面积的超声波能量。接收信号通过信息处理器12放大，并包络检波后输出低频模拟量。这一低频模拟量表征摩擦副实际接触状态，通过直流放大器13输入到ADC模拟通道。与此同时，速度传感器5将摩擦副相对速度电信号，通过放大器14输入到ADC另一个输入端。这样，相对速度和与此对应的接触面积信号同时输入电脑。

　　考虑到计算机的运行速度很快，它与机械部分需要严格同步。在本试验中，同步启动信号取自相对速度。当摩擦副相对运动时，通过高放大倍数放大器的速度信号加到ASTB引脚上，使微机进入中断状态，开始采集数据。这样，，摩擦副刚有相对运动，电脑便启动，将相对速度和接触面积数据记录下来，_实现了机械系统和计算机同步。图2是接口线路模数转换采用ADC0809、MM74C74将电脑时钟ZMHz分频后，给ADC0809提供时钟74Ls12担任计算机与ADC0809逻辑匹配。由LM824组成的3个放大器分别将电脑启动信号、相对速度、接触面积信号放大后输入到ASTB、ADCIN.、ADCIN:引脚上。

　　(二)程序设计

　　计算机程序由1个主程序、1个中断服务程序及2个子程序组成。主程序包括PIO初始化、确定中断矢量和中断方式。在本装置中采用了中断方式l，相对速度和接触面积交替记录，共采集400个点。为了观察不同阶段的过程，采用3个不同采样间隔时间，在中断服务程序中，以100邸采样间隔时间记录200个点;在第一子程序和第二子程序中分别用1.5二s和2.25ms采样间隔各记录100个点。图3是程序流程图。

　　(三)试验结果分析

　　图4是通过新试验装置测得的俐对俐摩擦副动静过渡过程。由试脸结果可以发现以下几个问题:

　　(1)超声波一计算机数字记录结果细腻的显示瞬态过程，便于定量分析，图4b是用较短采样间隔时间记录的瞬态过程;

　　(2)试验结果表明，摩擦副接触面积随相对速度起伏的过程，存在表面高频接触振荡，即接触面积的变化由宏观变化与微观变化两部分组成，图4b中，在接触面积随相对速度增加而减小的宏观趋势中，叠加了波动。这些是在模拟记录方法中观察不到的，