一种激光斜面摩擦系数测量仪的制作方法

本实用新型涉及测量仪器领域，特别涉及一种激光斜面摩擦系数测量仪。

背景技术：

摩擦系数是物理学中的一个重要参数，它的测量对工程机械尤为重要，它的大小会受到不同的环境因素和实验条件的影响，而现有技术中相关物体间的激光摩擦系数数据一般仅为1到2位有效数字，精度不高，故需针对实际测量环境进行实地、简便的测量。

专利号：201420766523.2(发明名称：一种托盘静摩擦系数测量装置，申请日：2014.12.08，公布日：2015.3.18，公开号：CN204214763U)公布了一种托盘静摩擦系数测量装置，由测试框架、安装架、叉齿、电机、绳索、辅助支撑滚轮、导向滚轮、固定安装杆、调节安装杆及测力器构成，所述的绳索搭置于辅助支撑滚轮及导向滚轮上，绳索的一端通过电机驱动连接，绳索的另一端连接有测力器。该装置具有省人省力、方便操作、保证试验环境以及保证试验数据准确性等优点，但通过测量水平摩擦力的方式来测定摩擦系数，无法准确地判定物体在最大静摩擦力状况时的临界状态。

专利号：201420184855.X(发明名称：硅芯管内壁摩擦系数测量装置，申请日：2014.04.16，公布日：2014.08.20，公开号：CN203786014U)公布了一种硅芯管内壁摩擦系数测量装置，利用水平基座上的量角器测量下滑斜面的翻转角度；当测量块匀速滑出固定在硅芯管固定装置上的硅芯管的内壁时，量角器所测量到的测量板翻转角度的正切值即为硅芯管内壁摩擦系数。但是，量角器是利用平角等分原理进行测量，其分度值为1°，测量误差相对较大，在求取正切值后会造成小数点后一位的直接误差。

技术实现要素：

为此，需要提供一种激光斜面摩擦系数测量仪，来解决现有技术中摩擦系数数据仅为1到2位有效数字，精度不高的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种激光斜面摩擦系数测量仪，包括支架、试验台、升降机构、激光发射器和长度测量器；

所述试验台一端与支架铰接，另一端的面板为载物区，所述载物区的侧边设有位移传感器，所述试验台的底面设有反射镜；

所述升降机构设置在支架上，升降机构与试验台的非铰接端相连接，并带到试验台一端上下移动；

所述激光发射器设置在试验台下方的支架上，设置激光发射方向水平朝向试验台铰接端；

所述长度测量器设置在激光发射器下方的支架上，通过在长度测量器接收由反射镜反射的激光。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：激光发射器发出的激光，经过反射镜的反射，以2倍于斜面翻转角的角度照射在长度测量器上，放大了试验台上升的角度，提高了长度测量的精度，当位移传感器检测到物块下滑时，提示操作人员停止升降机构的上升，此时通过测量计算出试验台翻转角的正切值，即为所求的摩擦系数。

进一步地，所述长度测量器可选用光栅尺，所述两段光栅尺一端相互连接，沿铰接处中心平面对称，相互连接的一端设为零点，当斜面倾角小于45°时，激光束打在右侧光栅尺上，当斜面倾角大于45°时，激光束打在左侧光栅尺上。

通过对应不同情况将光栅尺分为左右两段，可测量0到90度范围内的摩擦系数值。

进一步地，所述长度测量器可选用导轨与激光感应器，所述长度测量器选用导轨与激光感应器，所述导轨设置在支架上，所述激光感应器设置在导轨上，当激光束经反射镜反射后，激光感应器接收激光，所在位置即为长度信息。

通过滑轨和激光感应器的设置，可测量0到90度范围内的摩擦系数值。

进一步地，所述升降机构为丝杆升降机，所述丝杆升降机通过升降丝杆支撑斜面滑轨。

通过设置丝杆升降机，丝杆进行螺旋式上升，升降机构的精度与速度得以进一步提升。

进一步地，还包括升降机构支架之间的缓冲材料。

通过设置支架与升降机构之间的缓冲材料，使得丝杆升降机工作时的震动被阻隔，防止同样设置在支架上的激光发射器因震动出现激光束出现偏移的现象，提高了测量精度。

进一步地，还包括试验台非铰接端设置的夹具。

通过夹具的设置，可更换试验台上与物块接触的材料，使得待测物体的材质选择更加多样。

进一步地，还包括控制模块，所述控制模块分别与升降机构、激光发射器、位移传感器和光栅尺电连接。

通过设置控制模块，位移传感器监测物块移动、升降机构的上升过程以及光栅尺读数的显示得以自动化，降低仪器操作难度，提高测量过程的精准度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中当试验台倾角在0到45度时的计算分析示意图；

图3为本实用新型实施例中当试验台倾角在45到90度时的计算分析示意图；

图4为本实用新型实施例二的激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图；

图5为本发明实施例二中当试验台倾角在0到45度时的计算分析示意图。

附图标记说明：

101、支架；

201、试验台；202、夹具；203、反射镜；204、位移传感器；

301、升降机构；

401、激光发射器；402、激光束；

501、长度测量器；

601、缓冲装置；

701、控制器；

801、合页。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例一、

请一并参阅图1、图2及图3，如图1所示，图1为本实用新型激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图，支架101包括底板、第一支柱、第二支柱、第三支柱、第四支柱和横杆，第一支柱和第二支柱设置在底板一端的两个角上，第三支柱和第四支柱设置在底板另一端的两个角上，横杆两端分别连接第三支柱和第四支柱，试验台201一端与第一支柱和第二支柱铰接，另一端的面板为载物区，载物区上设置待测物块，载物区的侧边设有位移传感器204，试验台201底部设有反射镜203，(本实施例中选用圆形的反射镜设置在激光发射器的激光束光路上，也可以选用覆盖试验台底部的反射镜，覆盖试验台底部发反射镜使得激光发射器所发出的激光束反射范围增大)，试验台201另一端端部设置有夹具202，夹具202夹住不同材质的摩擦力测片，升降机构301设置在横杆107下方，横杆107与升降机构301之间设置缓冲装置601，(本实施例中缓冲装置选用塑料泡沫，也可以选用橡胶、塑料等材质作为缓冲装置)本实施例中升降机构301选用丝杆升降机(也可选用丝杆升降机或手摇式升降机)，所述丝杆升降机的丝杆支撑试验台201的非铰接端，并带动其上下移动，激光发射器401设置在横杆107上，激光发射方向水平朝向试验台201铰接端，激光发射器401发射出的激光束402经反射镜203反射至设置在激光发射器401下方的长度测量器501上，长度测量器501安装在底板102上，控制器701与位移传感器204电连接，接受位移传感器204的电信号，控制器701通过电机驱动装置与升降机构301电连接，驱动升降机构301工作，控制器701与激光发射器401及长度测量器501电连接，传输电信号触发激光发射器401发射激光束并接受长度测量器501的数值信息(本实施例中的控制器701选用单片机)。

根据上述结构，在具体操作时，摩擦片设置在载物区，并通过夹具202夹住，物块放置在载物区上，与摩擦片接触，控制器701发出信号控制丝杆升降机上升，并带动试验台201的非铰接端向上移动，当位移传感器204检测到物块下移时，位移传感器204的信号发送回控制器701，控制器701发送信号停止升降机构301的上升，并发送信号触发激光发射器401发射激光束402，激光束402通过反射镜203反射并落在光栅尺上，光栅尺的数值传送回单片机上(本实施例的另外一种实施方式为，所述长度测量器选用导轨与激光感应器，所述激光感应器在导轨上移动，探测到激光落点时，长度信息传回单片机上)。

当试验台倾角小于45度时，如图2所示，激光束经过反射照射在第一支柱与第二支柱右侧的长度测量器上，此时，由单片机内预设的激光束相对于底板的高度H与采集到的右侧光栅尺的读数L以预先写入单片机的公式tan2θ＝H/L来计算tan2θ的数值，之后通过写入单片机的另一个公式计算摩擦力的数值。

当试验台倾角大于45度时，如图3所示，激光束经过反射照射在第一、第二支柱左侧的长度测量器上，此时，由单片机内预设的激光束与底板之间的高度H与采集到的左侧光栅尺读数L，由单片机内预设的公式tan(180°-2θ)＝H/L以及计算出摩擦力的数值。

在某些实施例中，单片机可仅用于采集测量数据，数据由单片机通过串口连接计算机等方式导出后由操作人员进行笔算。

根据上述结构可以看出，本实用新型在位移传感器监测到物块向下滑动时，升降机构停止上升，激光发射器发射激光束，激光束经过反射镜的反射，以2倍于斜面翻转角的角度照射在长度测量器上，放大了试验台上升的角度，选用光栅尺或导轨加激光感应器的机构提高了测量的精度；通过发射高度与长度测量器的读数计算出试验台翻转角的正切值(tan)，即为所求的摩擦系数，相对于手动使用量角器及尺子测量的数值更为精确；当位移传感器检测到物块下滑时向控制模块发出信号，控制模块向升降机构发送信号停止其上升，并且触发激光发射器发射激光束，激光束经反射镜反射并照射在长度测量器上，长度测量器的数值传回控制模块，并通过公式计算摩擦力，通过控制模块的运用，使得人为操作仪器造成的误差得以消除，增加了摩擦力的测量精度。

实施例二、

请一并参阅图4和图5，图4为本发明激光斜面摩擦系数测量仪的结构示意图，支架101包括底板、第一支柱、第二支柱、第三支柱、第四支柱和横杆，在支架101上，第一支柱和第二支柱设置在底板一端的两个角上，第三支柱和第四支柱设置在底板另一端的两个角上，横杆两端分别连接第三支柱和第四支柱，试验台201一端的端面通过两个合页801分别连接第一支柱和第二支柱，另一端的面板为载物区，载物区上设置待测物块，载物区的侧边设有位移传感器204(本实施例中位移传感器选用光电式位移传感器，也可选用霍耳式位移传感器)，区别于实施例一中反射镜203设置在试验台201底面的设置方式，本实施例中的反射镜203通过固定连接件连接试验台201一端端面，反射镜203相对于试验台201的夹角设置为22.5°，反射镜203的角度方向为试验台201沿连接点顺时针旋转的方向上，升降机构301设置在横杆下方，本实施例中升降机构301选用丝杆升降机(也可选用螺杆升降机或手摇式升降机)，所述丝杆升降机的丝杆支撑试验台201的非铰接端，并带动其上下移动，激光发射器401设置在横杆上，激光发射方向水平朝向反射镜203，激光发射器401发射出的激光束402经反射镜203反射至设置在激光发射器401下方的长度测量器501上，长度测量器501安装在底板上(本实施例中长度测量器选用光栅尺)，控制器701与位移传感器204电连接，接受位移传感器204的电信号，控制器701通过电机驱动装置与升降机构301电连接，驱动升降机构301工作，控制器701与激光发射器401及长度测量器501电连接，传输电信号触发激光发射器401发射激光束并接受长度测量器501的数值信息(本实施例中的控制器701选用单片机)。

根据上述结构，在具体操作时，物块放置在载物区上，控制器701发出信号控制丝杆升降机上升，并带动试验台201的非连接端向上移动，当位移传感器204检测到物块下移时，位移传感器204的信号发送回控制器701，控制器701发送信号停止丝杆升降机的上升，并发送信号触发激光发射器401发射激光束402，激光束402通过反射镜203反射并落在光栅尺上，光栅尺的数值传送回单片机上。

当试验台倾角小于45度时，如图5所示，由单片机内预设的激光束相对于底板的高度H与采集到的激光束落点的数值L以预先写入单片机内的公式tan(45°+2θ)＝H/L来计算tan2θ的数值，并判断数值L与H的数值大小，当L＞H时，通过预先写入单片机的公式得出摩擦力的数值，当L＜H时，通过预先写入单片机的公式得出摩擦力的数值。

在某些实施例中，单片机可仅用于采集测量数据，数据由单片机通过串口连接计算机等方式导出后由操作人员进行笔算。

根据上述结构可以看出，本发明在位移传感器监测到物块向下滑动时，升降机构停止上升，激光发射器发射激光束，激光束经过反射镜的反射，以2倍于反射镜与水平面的夹角角度照射在光栅尺上，放大了试验台上升的角度，且光栅尺提高了测量的精度；通过激光发射高度与光栅尺的读数计算出试验台翻转角的正切值(tan)，即为所求的摩擦系数，相对于手动使用量角器及尺子测量的数值更为精确；当位移传感器检测到物块下滑时向控制器发出信号，控制器向升降机构发送信号停止其上升，并且触发激光发射器发射激光束，激光束经反射镜反射并照射在光栅尺上，光栅尺显示读数，并通过公式计算摩擦力，通过控制器的运用，使得人为操作仪器造成的误差得以消除，增加了摩擦力的测量精度。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。