[发明专利]一种面接触起电实时测量平台

说明书

本发明公开了一种面接触起电实时测量平台，包括底座、频率调节装置、接触电极、载荷调节装置、力电信号测量装置。所述的频率调节装置包括可调速步进电机以及曲柄滑块机构，可以实现电极的接触频率可调。所述的载荷调节装置包括可调转角的步进电机和螺旋机构，实现接触电极之间的距离精准调节从而改变接触载荷。左、右接触电极分别安装在频率调节装置和载荷调节装置的末端，接触产生的电荷在两个电极之间通过电阻往复流动。力电信号测量装置将接触瞬间的载荷以及电流实时采集并存储。本发明能够实现接触起电的实时在线测量，并能详细记录到接触瞬时的电流信号波形，为接触起电的理论计算提供支撑，此外还可以调节接触时的频率和载荷影响因素。

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，尤其涉及电信号测量仪。

背景技术

接触/摩擦产生的静电作为一种近场的自然灾害源，在微电子器件、粉体、石油、化工的生产、加工过程中，给人类社会造成了巨大的损失与灾害。但同时它也有被合理应用的场所，比如静电分选是广泛应用于除尘、制药、选矿等行业中一种分离技术。近年来，在接触/摩擦起电研究和技术探索方面有新的进展。2012年以来，王中林等人基于摩擦起电和静电感应的原理，发明了摩擦纳米发电机，可以用来收集不同形式的机械能，包括人体运动、振动、机械触发、风能和水能，同时也可作为各式各样的传感器(Wang Z L.TriboelectricNanogenerators as New Energy Technology for Self-Powered Systems and asActive Mechanical and Chemical Sensors.ACS Nano,2013,7(11):9533-9557.)。2014年，Izadi H等人首次提出了壁虎的粘附力与壁虎的脚掌与附着物之间的摩擦起电的电荷量有关，为探索壁虎的粘附效应提供了新的思路(Izadi H,Stewart K M E,PenlidisA.Role of contact electrification and electrostatic interactions in geckoadhesion.Journal of The Royal Society Interface,2014,11(98):20140371.)。综上所述，无论是接触/摩擦静电给工业带来的危害，还是利用静电发明新技术，亦或是解释自然界的奇特现象，都离不开对接触/摩擦起电的深入的研究。

实验作为科学研究的基本方法之一，是极其重要的，同时为理论推导提供强有力的支撑。目前，接触起电的实现原理有曲柄滑块机构、凸轮导杆机构以及激振器实现。常见的是曲柄滑块机构实现，如公开号为CN102879659A的中国专利，该发明可以控制接触材料的温度、接触时间，但是对于接触时间的控制需要移动电机的位置，此外对于电荷的测量主要利用法拉第杯与静电计组合测量。同时还对球-板摩擦起电进行过研究，公告号为CN205487037U的中国专利公开一种能够对摩擦力-电实时测量的装置，该发明控制因素多且控制方便，但是是针对球板摩擦副，此外目的还是仅仅收集电荷量，而无电信号的收集。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可以调节接触载荷和频率并能够实时在线获取接触起电过程的力电信号的测量平台。

技术方案：本发明可采用以下技术方案：

一种面接触起电实时测量平台，包括频率调节装置、载荷调节装置、力电信号测量装置、左接触电极、右接触电极；

所述频率调节装置包括转速控制器、第一步进电机、偏心盘、连杆、滑杆、直线轴承、左施力块，所述的转速控制器与第一步进电机相连接，第一步进电机的输出轴与偏心盘固定连接、偏心盘与连杆一端铰接并带动连杆摆动，连杆与第一步进电机的输出轴垂直，连杆另一端与滑杆一端铰接，连杆的摆动带动滑杆在直线轴承的限制下直线往复滑动，滑杆的另一端与左施力块相连接，左施力块与左接触电极接触；