103的音叉腿 1031的端面和该滑动元件的滑动面中的一个与悬臂梁106的自由端的第一表面和该摩擦 元件的摩擦面中的一个接触，以便形成摩擦副107 ;
[0034] D)在步骤C)进行前和进行后分别测量石英音叉103的音叉腿1031的振幅，在步 骤C)进行后测量悬臂梁106的挠度，根据该振幅和该挠度计算滑动面与摩擦面的滑动摩擦 系数。
[0035] 根据本发明实施例的滑动摩擦系数测量装置10和滑动摩擦系数测量方法可以用 于测量小尺度（微米、纳米）摩擦副107之间的滑动摩擦系数，尤其是高频振荡摩擦条件下 的滑动摩擦系数。根据本发明实施例的滑动摩擦系数测量装置10和滑动摩擦系数测量方 法利用石英音叉103在共振频率处的振幅变化与横向摩擦力之间的线性关系来测量摩擦 副107的横向摩擦力，同时利用悬臂梁106的自由端的挠度和外力之间的线性关系来测量 该摩擦副107的正压力，通过获得的横向摩擦力和正压力，计算得到摩擦副107的滑动摩擦 系数。根据本发明实施例的滑动摩擦系数测量装置10和滑动摩擦系数测量方法主要用于 微米、纳米尺度的材料之间的动态摩擦系数及其摩擦性能测量。而且，根据本发明实施例的 滑动摩擦系数测量装置10和滑动摩擦系数测量方法也可以用于大尺度的材料之间的动态 摩擦系数及其摩擦性能测量。
[0036] 根据本发明实施例的滑动摩擦系数测量装置10和滑动摩擦系数测量方法可以在 高频滑动条件下，同时测量由小尺度材料和结构形成的摩擦副107的摩擦力和正压力，进 而计算得到滑动摩擦系数。
[0037] 具体而言，通过修饰悬臂梁106的自由端的几何尺寸，可以适应从纳米到亚毫米 尺度的试样的测量。而且，通过选择不同的石英音叉103或同一石英音叉103的不同阶的 共振频率，可以实现在高速运动速度下，小尺度材料和结构的动摩擦系数的测量。
[0038] 因此，根据本发明实施例的滑动摩擦系数测量装置10具有配置简单、较易操作等 优点。
[0039] 如图1所示，在本发明的一些实施例中，滑动摩擦系数测量装置10包括第一位移 平台101、第二位移平台102、石英音叉103、激励信号源104、用于测量石英音叉103的振幅 的音叉振动信号检测器、悬臂梁106和用于测量悬臂梁106的自由端的挠度的位移传感器。
[0040] 有利地，位移传感器设在第二位移平台102上。其中，当悬臂梁106的自由端的挠 度与微米尺度相当或更大时，可以用第二位移平台102替代该位移传感器。
[0041] 在本发明的一个实施例中，第一位移平台101和第二位移平台102中的至少一个 沿上下方向可移动地设置，悬臂梁106位于石英音叉103的下方。其中，音叉腿1031的下 表面用于设置该滑动元件或者音叉腿1031的下表面为滑动面，悬臂梁106的自由端的上表 面用于设置该摩擦元件或者悬臂梁106的自由端的上表面为摩擦面。上下方向如图1中的 箭头A所示。
[0042] 有利地，第一位移平台101和第二位移平台102中的每一个沿上下方向可移动地 设置，第一位移平台101的最小移动距离大于第二位移平台102的最小移动距离。换言之， 利用第一位移平台101进行粗调，使音叉腿1031接近悬臂梁106,然后利用第二位移平台 102进行精调，以便使石英音叉103的音叉腿1031的端面和该滑动元件的滑动面与悬臂梁 106的自由端的第一表面和该摩擦元件的摩擦面中的一个接触。
[0043] 具体而言，当测量第一材料和第二材料的滑动摩擦系数时，可以使该滑动元件由 该第一材料和该第二材料中的一个制成，该摩擦元件由该第一材料和该第二材料中的另一 个制成。其中，该滑动元件设在音叉腿1031的下端面上，该摩擦元件设在悬臂梁106的自 由端的上表面上，以便形成摩擦副107。
[0044] 如果石英音叉103的音叉腿1031的材料与该第一材料和该第二材料中的一个相 同，则可以利用石英音叉103的音叉腿1031的下端面作为滑动面。有利地，悬臂梁106由 该第一材料和该第二材料中的另一个制成，由此无需单独制造出该摩擦元件。换言之，悬臂 梁106与该摩擦元件形成为一体。
[0045] 悬臂梁106的材料和几何形状可根据需要自由选择。例如，悬臂梁106为直径为 80微米的钨丝，可选择悬臂梁106的长度为2厘米左右，以实现足够大的变形。悬臂梁106 的自由端受到的横向力（即施加在摩擦副107上的正压力）与悬臂梁106的横向挠度成正 比，采用该位移传感器测量该挠度值后，即可得到该横向力的大小。
[0046] 石英音叉103可以是商业音叉。其中，石英音叉103具有两个音叉腿1031，输入引 线1032与每个音叉腿1031的表面上的两片金属薄膜相连（例如电连接）以便形成一个电 极，输出引线1033与每个音叉腿1031的表面上的另外两片金属薄膜相连（例如电连接） 以便形成另一个电极。
[0047] 在实际使用时，石英音叉103的共振频率会发生偏移。为了提高测量的精确度，在 测量前（例如在石英音叉103的共振频率处激励石英音叉103之前）可以利用示波器和信 号发生器对石英音叉103进行扫频操作，以便确定石英音叉103的实际的共振频率值。
[0048] 激励信号源104使用信号发生器，激励信号源104通过导线与石英音叉103的输 入引线1032相连。激励信号源104的激励频率为石英音叉103的共振频率（例如一阶共 振频率、二阶共振频率、三阶共振频率）。
[0049] 在石英音叉103的音叉腿1031的端面和该滑动元件的滑动面中的一个与悬臂 梁106的自由端的第一表面和该摩擦元件的摩擦面中的一个接触之前和之后，测量音叉腿 1031的端部的振幅。
[0050] 在本发明的一个示例中，音叉振动信号检测器为激光多普勒测速仪1051，激光多 普勒测速仪1051与音叉腿1031相对，音叉腿1031悬空。激光多普勒测速仪1051可以直 接测量石英音叉103的音叉腿1031的端部的振幅。具体而言，在采用激光多普勒测速仪 1051测量振幅的情况下，激励信号源104与石英音叉103的输入引线1032连接，并将石英 音叉103在共振频率处进行激励，石英音叉103的输出引线1033设置为断开，不与外界电 路连接。
[0051] 在本发明的另一个示例中，音叉振动信号检测器为示波器1052,示波器1052通过 导线与石英音叉103的输出引线1033相连。示波器1052测量石英音叉103的音叉腿1031 的电压幅值，该电压幅值与音叉腿1031的位移幅值线性相关。
[0052] 该音叉振动信号检测器测量得到的振幅值与石英音叉103受到的横向力（即摩擦 副107受到的摩擦力）成线性关系，依据该线性关系，由测量得到的振幅变化可获得实时的 摩擦力大小。
[0053] 在本发明的一些示例中，在步骤D)中，按照下列公式计算该滑动面与该摩擦面之 间的摩擰士·
[0054]
[0055] 其中，Η为摩擦力，
为石英音叉103的阻尼系数，k为石英音叉103的刚 度，Q为石英音叉103的品质因子，Ω为石英音叉103的共振圆频率，#为在步骤C)进行 前音叉腿1031的振幅的测量值，R为在步骤C)进行后音叉腿1031的振幅的测量值。
[0056] 按照下列公式计算该滑动面与该摩擦面的正压力：
[0057] N=kδ
[0058] 其中，Ν为正压力，δ为挠度的测量值。
[0059] 按照下歹丨丨公式计算该滑动面与该摩擦面的滑动摩擦系数：
[0060]
[0061] 其中，μ为滑动摩擦系数。
[0062] 如图3所示，R1为石英音叉103的音叉腿1031的端面和该滑动元件