摩擦热致发光测量系统的研究

摘要

摩擦发光是指某些固体受机械研磨、振动或应力时的发光现象。虽然早在十七世纪就有人记载地震中岩石的破裂会导致发光，但到目前为止，摩擦发光的机理还没有被完全研究清楚。近年来发现它可用于感压发光传感领域，相较于传统的应变传感和压电式传感，有非接触感应和电气连接简便的优点，因此对它的关注逐渐增多。对摩擦发光的光度学检测是一种研究材料机械特性、物化特性的有效手段，由于在检测中也涉及到对材料的加热处理，所以热致发光的光学测量也包括其中。
　　 本课题是开发一套光电检测系统，能够对自润滑金属、稀土等材料在摩擦或加热条件下发光的光学特性进行检测。材料在摩擦下的不连续发光与高温下的连续发光这两种情况光强差别很大，分别属于低亮度光度学与传统光度学两个不同的光度学范畴，而一般的检测仪器只能针对一个光度范畴进行测量。所以，研究的重点是实现对两个光度学范畴的实时检测并自由转换。
　　 鉴于此，在研究中将对微弱光测量的光子检测技术与传统的分光光谱检测手段结合起来，对系统构架、硬软件进行设计，通过带孔反射镜、转镜、光纤等衔接器件，完成摩擦热致发光两种状态下灵活有效的检测。
　　 本文介绍了仪器研制的理论背景后，给出具体的设计方案、技术参数指标及主要元器件性能特点的说明。然后从电路与硬件的角度阐释了下位机的电子设计与信号处理，讲述电压的配置，信号的放大、滤波、调频、AD转换及与上位机的通信。接下来从软件的角度来谈对系统的控制，分下位机软件和上位机两部分，下位机是以C51为控制端的信号采集与调制系统，上位机是用C++编写的人机交互系统，便于选择模式的切换与数据的记录保存。最后，呈现仪器的测量数据和对误差进行分析。