本實(shí)用新型涉及一種新型摩擦系數(shù)測定裝置，屬于測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

通過收集分析常用的摩擦系數(shù)的測量方法，我們發(fā)現(xiàn)其存在繁瑣性、單一性等弊端，常用摩擦系數(shù)的測量方法以及測量裝置在實(shí)驗(yàn)過程中往往不能夠同時進(jìn)行滑動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)的準(zhǔn)確測量。隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有摩擦系數(shù)的測量裝置缺乏人工智能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種新型摩擦系數(shù)測定裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中摩擦系數(shù)測量的繁瑣性、單一性，以及現(xiàn)有技術(shù)不能使用同一個裝置測量滑動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)的問題。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種新型摩擦系數(shù)測定裝置，包括滑道、滑塊、彈簧和電機(jī)，所述的滑道下部的表面設(shè)有待測材料一，與滑道接觸的滑塊下表面設(shè)有待測材料二，滑道上部的一側(cè)設(shè)有刻度尺，滑道上部的另一側(cè)設(shè)有攝像裝置，滑道下部的兩側(cè)分別設(shè)有無線路由器和單片機(jī)，單片機(jī)通過無線路由器與計(jì)算機(jī)建立連接，單片機(jī)分別與無線路由器、攝像裝置和電機(jī)相連，彈簧的兩端與兩根細(xì)線連接，一根細(xì)線與電機(jī)相連，另一根細(xì)線與滑塊相連。

其中，所述的無線路由器與計(jì)算機(jī)無線連接，無線路由器與單片機(jī)及攝像裝置有線連接，實(shí)現(xiàn)攝像裝置采集的圖像信息無線回傳到計(jì)算機(jī)。

其中，所述的攝像裝置包括高清攝像頭和二維云臺，二維云臺用于支撐高清攝像頭，二維云臺上裝有兩個與單片機(jī)有線連接的9G舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)無線控制舵機(jī)調(diào)整攝像頭角度的功能。

其中，所述的電機(jī)通過與單片機(jī)連接的計(jì)算機(jī)控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速通過設(shè)置在由單片機(jī)引出的電機(jī)電源線路上的滑動變阻器以及單片機(jī)跳線帽位置的改變來進(jìn)行調(diào)速。

其中，所述的彈簧為螺旋彈簧。

其中，所述的電機(jī)為12V直流減速電機(jī)。

其中，所述的高清攝像頭為羅技C270高清攝像頭，二維云臺為Arduino二維云臺。

測量滑動摩擦系數(shù)：開始測量時，首先將待測摩擦系數(shù)兩種材料分別取樣貼于滑道表面以及滑塊表面，裝置整體通電建立連接，通過計(jì)算機(jī)控制端無線控制舵機(jī)調(diào)整攝像頭角度，使攝像頭對準(zhǔn)滑道上的刻度尺；然后通過計(jì)算機(jī)無線控制12V直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動，拉動帶有螺旋彈簧的細(xì)線勻速拉動滑塊，使滑塊在斜面上勻速上升；當(dāng)彈簧通過攝像頭的瞬間，通過計(jì)算機(jī)軟件對攝像頭采集的圖像進(jìn)行記錄，在記錄結(jié)果中通過彈簧下部的刻度尺即可讀出滑塊勻速上升時彈簧的長度，使用牛頓第二定律即可測量兩種待測材料之間的滑動摩擦系數(shù)。

測量靜摩擦系數(shù)：同理，將滑道調(diào)制水平狀態(tài)，通過電腦屏幕錄像捕捉滑塊開始運(yùn)動的瞬間，尋找出彈簧整體開始運(yùn)動之前伸長量最大的那一幀畫面，測量出此時彈簧的最大伸長量，即可運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算出靜摩擦系數(shù)。

本實(shí)用新型的有益效果是：以一種新穎的實(shí)驗(yàn)理念測量出了不同材料之間的滑動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)。目前靜摩擦系數(shù)測量比較困難，該方法將滑動摩擦系數(shù)以及靜摩擦系數(shù)測量集成在了一套裝置之上，具有精度高、測量方便、無線傳輸便于操作、成本低等許多常用檢測方法不具備的優(yōu)點(diǎn)，任何兩種材料都可以取樣使用本裝置來測量滑動摩擦及靜摩擦系數(shù)，具有較好的應(yīng)用前景，適用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，便于學(xué)生充分理解滑動摩擦以及靜摩擦系數(shù)測量過程。電路中加入滑動變阻器實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)動的無級變速。本技術(shù)方法通過運(yùn)用經(jīng)典的牛頓第二定律，將滑動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)的測量集于一種裝置上，并通過圖像數(shù)據(jù)的無線回傳實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的簡單自動化控制。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種新型摩擦系數(shù)測定裝置的側(cè)視圖。

圖2為本實(shí)用新型一種新型摩擦系數(shù)測定裝置的俯視圖。

圖3為本實(shí)用新型一種新型摩擦系數(shù)測定裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖中：1、滑道，2、電機(jī)，3、待測材料一，4、彈簧，5、攝像裝置，6、無線路由器，7、滑塊，8、刻度尺，9、單片機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

如圖1和2所示，一種新型摩擦系數(shù)測定裝置，包括滑道、滑塊、彈簧和電機(jī)，滑道下部的表面設(shè)有待測材料一，與滑道接觸的滑塊下表面設(shè)有待測材料二，滑道上部的一側(cè)設(shè)有刻度尺，滑道上部的另一側(cè)設(shè)有攝像裝置，滑道下部的兩側(cè)分別設(shè)有無線路由器和單片機(jī)，單片機(jī)通過無線路由器與計(jì)算機(jī)建立連接，單片機(jī)分別與無線路由器、攝像裝置和電機(jī)相連，彈簧的兩端與兩根細(xì)線連接，一根細(xì)線與電機(jī)相連，另一根細(xì)線與滑塊相連。

無線路由器與計(jì)算機(jī)無線連接，無線路由器與單片機(jī)及攝像裝置有線連接，實(shí)現(xiàn)攝像裝置采集的圖像信息無線回傳到計(jì)算機(jī)。攝像裝置包括高清攝像頭和二維云臺，二維云臺用于支撐高清攝像頭，二維云臺上裝有兩個與單片機(jī)有線連接的9G舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)無線控制舵機(jī)調(diào)整攝像頭角度的功能。電機(jī)通過與單片機(jī)連接的計(jì)算機(jī)控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速通過設(shè)置在由單片機(jī)引出的電機(jī)電源線路上的滑動變阻器以及單片機(jī)跳線帽位置的改變來進(jìn)行調(diào)速。

其中，所述彈簧為螺旋彈簧；高清攝像頭為羅技C270高清攝像頭，二維云臺為Arduino二維云臺；單片機(jī)為51Duino C51單片機(jī)，電機(jī)為JGA25-370 12V直流減速電機(jī)，待測材料為A4紙面或棉布平面等，無線路由器為Robot-link無線路由器，滑塊為高錳鋼鋼塊。

如圖3所示，計(jì)算機(jī)控制部分包括計(jì)算機(jī)WiFi模塊，計(jì)算機(jī)WiFi模塊與計(jì)算機(jī)上位機(jī)控制端相連，計(jì)算機(jī)上位機(jī)控制端與圖像顯示、圖像記錄、舵機(jī)角度控制和減速電機(jī)控制相連；裝置接收部分包括裝置無線路由器，無線路由器與攝像頭和單片機(jī)相連，單片機(jī)通過滑動變阻器與減速電機(jī)相連，單片機(jī)和云臺舵機(jī)相連，攝像頭直接連接在無線路由器上面，把視頻信息傳回計(jì)算機(jī)，單片機(jī)用于控制電機(jī)以及舵機(jī)的電信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，滑動變阻器通過改變輸入電機(jī)的電壓就可以實(shí)現(xiàn)無級變速，同時跳線帽位置的改變可以調(diào)整單片機(jī)輸出給電機(jī)3V、6V或者12V電壓，改變跳線帽位置對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變較大，改變滑動變阻器阻值使轉(zhuǎn)速改變較小，兩者配合就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速一個比較大范圍的改變。

滑動摩擦系數(shù)測量方法：使用計(jì)算機(jī)通過連接于無線路由器的單片機(jī)無線控制電機(jī)通過帶有螺旋彈簧的細(xì)線勻速拉動物塊于斜面勻速上升，當(dāng)彈簧通過攝像頭的瞬間通過計(jì)算機(jī)無線采集圖像，通過彈簧下部的刻度尺即可測量物塊勻速上滑時彈簧的長度，使用牛頓第二定律即可測量兩種材料之間的滑動摩擦系數(shù)。

勻速拉動滑塊時彈簧長度為L，彈簧原長為L′，拉動滑塊時彈簧長度與彈簧原長做差值得出位移ΔL：

ΔL₁＝L-L′

其中L為物塊勻速時彈簧長度，L′為彈簧原長。

以滑塊為研究對象，利用牛頓第二定律得：

0＝mg sinθ+μmg cosθ-T₁

其中T₁＝KΔL₁

可得斜面的滑動摩擦系數(shù)

其中傾角θ、彈簧的勁度系數(shù)K、滑塊的質(zhì)量m、重力加速度g均為已知量。

因此測量出彈簧的形變量ΔL₁即可求得斜面的滑動摩擦系數(shù)。

靜摩擦系數(shù)測量方法：通過電腦錄像捕捉滑塊開始運(yùn)動的瞬間，測量出此時彈簧的最大伸長量ΔL₂，

對該臨界位置運(yùn)用牛頓第二定律得：

0＝mg sinθ+μmg cosθ-T₂

其中T₂＝KΔL₂

可得斜面的靜摩擦系數(shù)

其中傾角θ彈簧的勁度系數(shù)K、滑塊的質(zhì)量m、重力加速度g均為已知量。因此測量出彈簧的形變量ΔL₂即可求得斜面的靜摩擦系數(shù)。