一种用于分析对偶材料摩擦性能的测试系统的制作方法

本发明属于材料性能分析技术领域，涉及一种测试系统，尤其是涉及一种用于分析对偶材料摩擦性能的测试系统。

背景技术：

制动摩擦材料在各种运动机械和装备中应用广泛，起到传动、制动、减速等作用。由于运动机械和装备的不同，摩擦副的对偶材料也不同，在制动过程中摩擦磨损性能不仅取决于摩擦材料本身，而且和对偶材料也有很大关系。以往的研究为了达到制动过程的要求，往往将大量的精力集中在摩擦材料本身的提高上，而对对偶材料的研究较少。

众所周知，对偶材料是指与摩擦材料构成摩擦副的配偶材料。现有的用于分析对偶材料摩擦学性能的方法多是选择一种摩擦材料，不同的对偶材料，分别进行摩擦磨损性能的测试，测得摩擦因数和磨损率，从而为对偶材料的选择提供依据。然而，这种分析方法只是从摩擦因数和磨损率这些指标来评判对偶材料的摩擦性能，不够全面，无法对对偶材料的摩擦性能进行动态监测。

材料或构件在受力过程中产生变形或裂纹时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用接收声发射信号，对材料或构件进行动态无损检铡的技术，称为声发射技术。声发射技术已成为实验应力分析的一种有力工具，例如在断裂试验中，可用来检测裂纹和研究腐蚀断裂过程，以及监视构件的疲劳断裂扩展情况等。声发射技术还可以用于评价构件的完整性，判断结构的危险程度。声发射无损检测技术现在广泛应用于工程中，具有很好的应用前景。因此，为了更全面地对对偶材料的摩擦性能进行评定，可以利用声发射技术采集摩擦材料与对偶摩擦件之间的摩擦声信号，结合信号分析方法，对摩擦声信号进行分析，获得其频谱图，从而实现对偶材料摩擦性能的评定。

申请号为201610077798.9的中国专利公开了一种互为基准法预修硬脆材料摩擦副的高速摩擦测试方法，先将硬脆材料制成的摩擦盘进行背衬，采用互为基准法对该摩擦盘和背衬进行处理，达到测试所需的表面质量与平行度要求；随后将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹具上，进行球-盘测试、销-盘测试等摩擦测试，摩擦盘以指定转速旋转，对磨工具与摩擦盘接触且两者间压力恒定在测试设定值，测试至设定时间结束，测量系统在此过程中采集摩擦力、声发射信号等物理量。其中，所述的测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；所述对磨工具与测力仪和声发射系统相连接。然而，上述专利对于声发射系统并没有明确指出，即具体用什么传感器采集声发射信号，关于如何从声发射信号进行后续摩擦性能的分析，该专利并没有公开具体的解决办法。相比于上述专利，本发明采用PVDF压电薄膜传感器，作为一种动态应变传感器，其具有薄，质软，柔软，可以探测细微的信号，且及其耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动，另外价格经济；其次，由于PVDF传感器能够探测细微的信号，因此本发明并不局限于高速摩擦，即便是低速的细微摩擦信号，仍然能够探测到；同时，本发明的测试条件比较简单，操控更加便捷；再者，本发明采用摩擦声发射信号处理系统，能够将时域信号转换到频域分析，通过频谱直观反映摩擦性能的优劣。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，测试精度高，能全面测量对偶材料摩擦性能的用于分析对偶材料摩擦性能的测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于分析对偶材料摩擦性能的测试系统，该系统包括一上一下水平设置且可相对往复移动的第一夹持器及第二夹持器、设置在第二夹持器上的压电传感器、与压电传感器依次电连接的信号放大器、信号采集器以及信号处理器，所述的第一夹持器、第二夹持器上分别固定有待测试对偶样品A及对偶样品B，所述的压电传感器接收对偶样品A与对偶样品B之间的摩擦声发射信号，并将该摩擦声发射信号转化为电信号，经信号放大器放大后，传送至信号采集器，经信号采集器进行模数转换后，传送至信号处理器中，再经数据处理后获得摩擦声发射信号的频谱图。

所述的压电传感器为PVDF压电薄膜贴片传感器。

所述的压电传感器通过粘结剂固定在第二夹持器的正中央。

所述的第一夹持器、第二夹持器分别与水平设置的第一驱动气缸、第二驱动气缸传动连接，所述的第一驱动气缸、第二驱动气缸分别带动第一夹持器及第二夹持器相对反向移动。

所述的第一夹持器上设有激光发射器，所述的第二夹持器上设有与激光发射器相适配的激光测距传感器，该激光测距传感器通过电路依次与信号放大器、信号采集器以及信号处理器相连接。

所述的对偶样品B固定在压电传感器的正中央位置处，对偶样品A与对偶样品B的初始相对位置应保证两者的接触面积尽可能大。

所述的信号处理器基于信号分析方法通过对采集到的对偶材料间的摩擦声发射信号进行处理，如运用小波、独立成分分析等进行去噪处理，运用希尔伯特黄变换或快速傅里叶变换等进行谱分析，获得其谱图，从而获知对偶材料的摩擦性能。

本发明中，待测试材料为对偶材料，须为摩擦材料的对偶件，形状不限，摩擦材料和对偶材料间的摩擦运动方式不限。在实际测试时，对偶材料之间相互摩擦，摩擦方式不限，从而产生摩擦的声发射信号。PVDF压电薄膜贴片传感器将接收到的声发射信号转化为电信号，经信号放大器放大后，传送至信号采集器，经信号采集器进行模数转换后，传送至信号处理器中，再经数据处理后获得摩擦声发射信号的频谱图。

本发明所采用的信号传输电路为低噪声信号传输电缆。

本发明系统的工作原理为：

将待测试的对偶样品A与对偶样品B分别固定在第一夹持器、第二夹持器上，然后通过激光测距传感器调整对偶样品A与对偶样品B之间的相对间距至设定值，启动第一驱动气缸、第二驱动气缸分别带动第一夹持器及第二夹持器相对反向移动，从而使得对偶样品A与对偶样品B相互摩擦，此时，压电传感器接收对偶样品A与对偶样品B之间的摩擦声发射信号，并将接收到的声发射信号转化为电信号，经信号放大器放大或预处理后，通过信号传输线传输给信号采集器，由信号采集器进行模数转换后，通过信号传输通道传输给信号处理器，信号处理器运用信号处理软件对接收的电信号进行小波、独立成分分析等去噪预处理，运用希尔伯特黄变换、快速傅里叶变换等得到信号的频谱图，从而获知对偶材料的摩擦性能。

与现有技术相比，本发明整体结构简单、紧凑，通过压电传感器接收对偶样品之间因相互摩擦而产生的声发射信号，检测灵敏度高，再通过信号处理方法进行分析，获得摩擦声发射信号的频谱图，实现对偶材料摩擦性能的更加全面、科学地评定，保证了测试的精度和准确性，为摩擦对偶材料的设计、加工等提供依据。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图中标记说明：

1—第一夹持器、2—第二夹持器、3—压电传感器、4—信号放大器、5—信号采集器、6—信号处理器、7—对偶样品A、8—对偶样品B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种用于分析对偶材料摩擦性能的测试系统，该系统包括一上一下水平设置且可相对往复移动的第一夹持器1及第二夹持器2、设置在第二夹持器2上的压电传感器3、与压电传感器3依次电连接的信号放大器4、信号采集器5以及信号处理器6，第一夹持器1、第二夹持器2上分别固定有待测试对偶样品A7及对偶样品B8，压电传感器3接收对偶样品A7与对偶样品B8之间的摩擦声发射信号，并将该摩擦声发射信号转化为电信号，经信号放大器4放大后，传送至信号采集器5，经信号采集器5进行模数转换后，传送至信号处理器6中，再经数据处理后获得摩擦声发射信号的频谱图。

其中，第一夹持器1上设有激光发射器，第二夹持器2上设有与激光发射器相适配的激光测距传感器，该激光测距传感器通过电路依次与信号放大器4、信号采集器5以及信号处理器6相连接。压电传感器3为PVDF压电薄膜贴片传感器。压电传感器3通过粘结剂固定在第二夹持器2的正中央。

第一夹持器1、第二夹持器2分别与水平设置的第一驱动气缸、第二驱动气缸传动连接，第一驱动气缸、第二驱动气缸分别带动第一夹持器1及第二夹持器2相对反向移动。

所述的对偶样品B固定在压电传感器的正中央位置处，对偶样品A与对偶样品B的初始相对位置应保证两者的接触面积尽可能大。

所述的信号处理器基于信号分析方法通过对采集到的对偶材料间的摩擦声发射信号进行处理，如运用小波、独立成分分析等进行去噪处理，运用希尔伯特黄变换或快速傅里叶变换等进行谱分析，获得其谱图，从而获知对偶材料的摩擦性能。

本实施例所采用的信号传输电路为低噪声信号传输电缆。在实际测试时，先将待测试的对偶样品A7与对偶样品B8分别固定在第一夹持器1、第二夹持器2上，然后通过激光测距传感器调整对偶样品A7与对偶样品B8之间的相对间距至设定值，启动第一驱动气缸、第二驱动气缸分别带动第一夹持器1及第二夹持器2相对反向移动，从而使得对偶样品A7与对偶样品B8相互摩擦，此时，压电传感器3接收对偶样品A7与对偶样品B8之间的摩擦声发射信号，并将接收到的声发射信号转化为电信号，经信号放大器4放大或预处理后，通过信号传输线传输给信号采集器5，由信号采集器5进行模数转换后，通过信号传输通道传输给信号处理器6，信号处理器6运用信号处理软件对接收的电信号进行小波、独立成分分析等去噪预处理，运用希尔伯特黄变换、快速傅里叶变换等得到信号的频谱图，从而获知对偶材料的摩擦性能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。