LabVIEW开发多材料摩擦电测量控制系统

LabVIEW开发多材料摩擦电测量控制系统

摩擦电效应是两个物体摩擦在一起，电荷从一个物体转移到另一个物体的现象，从而导致两个物体携带相等和相反的电荷。接触和充电是主导该过程的两个关键因素。当静电荷累积到一定水平时，可能会出现放电现象，造成经济损失或安全事故。因此，摩擦测试设备对于确保产品安全和延长产品使用寿命至关重要。

设计研发了摩擦电测控系统，研究不同材料摩擦试样的摩擦电性能，实现微电流、载荷和摩擦系数的实时测量。设计探头检测装置，观察不同材料和载荷条件下的滑动摩擦电，并研究其规律。该设备可以改变摩擦副的相对半径、接触载荷的大小和滑动摩擦副之间的相对滑动速度，实现对载荷、电流、温度、湿度等数据的实时测量。

机械系统包括屏蔽盒、二维电子控制平移平台、力传感器、旋转平台和摩擦盘夹。电控平移台通过水平和垂直方向的位移实现上下摩擦副接触载荷的控制。力传感器放置在电控平移台下方，可以记录实时负载。与力传感器连接的支架固定上部摩擦盘。下部摩擦盘安装在旋转电机上方，直流伺服电机控制转速。下摩擦盘和上摩擦盘的尺寸相同，它们垂直接触，在旋转过程中形成旋转摩擦副。

控制系统主要包括摩擦副的接触点调节装置、直流伺服电机、直流伺服电机驱动器、步进电机和步进电机驱动器。计算机通过RS485向伺服电机和步进电机驱动器发送命令，以调动伺服电机和步进电机运行。接收到命令后，平移台纵向移动以控制载荷大小，横向移动以控制摩擦半径。伺服电机根据命令改变速度和扭矩，并驱动旋转平台以设定的速度旋转。

测量系统由计算机、自制探头和测量装置（静电计）组成。测量系统使用外部静电计以及温度和湿度传感器来收集和记录相应的值并将其传输到计算机终端。

上部摩擦盘样品最初是静止的，下部摩擦盘样品在伺服电机的驱动下旋转。电子控制的平移平台在步进电机的控制下沿垂直方向移动，从而改变样品之间的负载。同时，电子控制的平移平台在另一个步进电机的控制下水平移动，因此上下样品之间的摩擦半径也相应变化。传感器在实验过程中收集实时数据，实现可视化显示。

测控系统的软件部分主要包括电控平移台和电机的计算机控制。电平移台的控制部分包括计算机控制终端、运动控制卡、电平移台、电机驱动器和开关电源，然后由LabVIEW可视化。控制电机的主机程序也通过LabVIEW实现，包括端口设置，电机速度和力传感器通道设置，数据文件存储，读出和显示以及数据采集卡设置。端口设置具有端口扫描、波特率设置、奇偶校验位设置和停止位设置功能。用户可以输入电机速度和持续时间，并通过选择文件路径并确认来读取和存储数据。数据采集卡设置可以选择端口并输出电平信号。力传感器设置可以输入不同的方向力阈值、每步脉冲数和传感器校准。

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在摩擦实验中，温度和湿度等外部环境因素会影响摩擦副的摩擦学特性。在实验中，温度和相对湿度传感器检测温度和相对湿度，然后与设定的阈值进行比较，对异常值进行报警。实时监控接口可实现数据归零、实时图像显示、一键数据处理和急停等功能。

通过实时数据监测，可以记录实验过程中的各种参数，从而收集和分析不同时间滑动摩擦带电的实际情况。同时，实时数据监控也可以保证实验的安全性。万一因转速过大等原因造成事故，可及时关机断电。

摩擦电测控系统为有效监测摩擦电提供了可行的方法和成熟的软硬件平台，满足了不同类型摩擦电化实验的实验需求。

厂家没有提供LabVIEW的例子。根据通讯协议的相关的说明，编写了适合项目的程序。程序截图如下所示。

相关资料说明，如下所示。

LabVIEW程序，如下附件所示。