LabVIEW開發(fā)多材料摩擦電測量控制系統(tǒng)

摩擦電效應(yīng)是兩個物體摩擦在一起，電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致兩個物體攜帶相等和相反的電荷。接觸和充電是主導(dǎo)該過程的兩個關(guān)鍵因素。當(dāng)靜電荷累積到一定水平時，可能會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，造成經(jīng)濟損失或安全事故。因此，摩擦測試設(shè)備對于確保產(chǎn)品安全和延長產(chǎn)品使用壽命至關(guān)重要。

設(shè)計研發(fā)了摩擦電測控系統(tǒng)，研究不同材料摩擦試樣的摩擦電性能，實現(xiàn)微電流、載荷和摩擦系數(shù)的實時測量。設(shè)計探頭檢測裝置，觀察不同材料和載荷條件下的滑動摩擦電，并研究其規(guī)律。該設(shè)備可以改變摩擦副的相對半徑、接觸載荷的大小和滑動摩擦副之間的相對滑動速度，實現(xiàn)對載荷、電流、溫度、濕度等數(shù)據(jù)的實時測量。

機械系統(tǒng)包括屏蔽盒、二維電子控制平移平臺、力傳感器、旋轉(zhuǎn)平臺和摩擦盤夾。電控平移臺通過水平和垂直方向的位移實現(xiàn)上下摩擦副接觸載荷的控制。力傳感器放置在電控平移臺下方，可以記錄實時負載。與力傳感器連接的支架固定上部摩擦盤。下部摩擦盤安裝在旋轉(zhuǎn)電機上方，直流伺服電機控制轉(zhuǎn)速。下摩擦盤和上摩擦盤的尺寸相同，它們垂直接觸，在旋轉(zhuǎn)過程中形成旋轉(zhuǎn)摩擦副。

控制系統(tǒng)主要包括摩擦副的接觸點調(diào)節(jié)裝置、直流伺服電機、直流伺服電機驅(qū)動器、步進電機和步進電機驅(qū)動器。計算機通過RS485向伺服電機和步進電機驅(qū)動器發(fā)送命令，以調(diào)動伺服電機和步進電機運行。接收到命令后，平移臺縱向移動以控制載荷大小，橫向移動以控制摩擦半徑。伺服電機根據(jù)命令改變速度和扭矩，并驅(qū)動旋轉(zhuǎn)平臺以設(shè)定的速度旋轉(zhuǎn)。

測量系統(tǒng)由計算機、自制探頭和測量裝置（靜電計）組成。測量系統(tǒng)使用外部靜電計以及溫度和濕度傳感器來收集和記錄相應(yīng)的值并將其傳輸?shù)接嬎銠C終端。

上部摩擦盤樣品最初是靜止的，下部摩擦盤樣品在伺服電機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。電子控制的平移平臺在步進電機的控制下沿垂直方向移動，從而改變樣品之間的負載。同時，電子控制的平移平臺在另一個步進電機的控制下水平移動，因此上下樣品之間的摩擦半徑也相應(yīng)變化。傳感器在實驗過程中收集實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化顯示。

測控系統(tǒng)的軟件部分主要包括電控平移臺和電機的計算機控制。電平移臺的控制部分包括計算機控制終端、運動控制卡、電平移臺、電機驅(qū)動器和開關(guān)電源，然后由LabVIEW可視化?？刂齐姍C的主機程序也通過LabVIEW實現(xiàn)，包括端口設(shè)置，電機速度和力傳感器通道設(shè)置，數(shù)據(jù)文件存儲，讀出和顯示以及數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置。端口設(shè)置具有端口掃描、波特率設(shè)置、奇偶校驗位設(shè)置和停止位設(shè)置功能。用戶可以輸入電機速度和持續(xù)時間，并通過選擇文件路徑并確認來讀取和存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置可以選擇端口并輸出電平信號。力傳感器設(shè)置可以輸入不同的方向力閾值、每步脈沖數(shù)和傳感器校準。

在摩擦實驗中，溫度和濕度等外部環(huán)境因素會影響摩擦副的摩擦學(xué)特性。在實驗中，溫度和相對濕度傳感器檢測溫度和相對濕度，然后與設(shè)定的閾值進行比較，對異常值進行報警。實時監(jiān)控接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸零、實時圖像顯示、一鍵數(shù)據(jù)處理和急停等功能。

通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以記錄實驗過程中的各種參數(shù)，從而收集和分析不同時間滑動摩擦帶電的實際情況。同時，實時數(shù)據(jù)監(jiān)控也可以保證實驗的安全性。萬一因轉(zhuǎn)速過大等原因造成事故，可及時關(guān)機斷電。

摩擦電測控系統(tǒng)為有效監(jiān)測摩擦電提供了可行的方法和成熟的軟硬件平臺，滿足了不同類型摩擦電化實驗的實驗需求。

廠家沒有提供LabVIEW的例子。根據(jù)通訊協(xié)議的相關(guān)的說明，編寫了適合項目的程序。程序截圖如下所示。

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相關(guān)資料說明，如下所示。

LabVIEW程序，如下附件所示。