力磁電多場耦合測量系統的製作方法
2023-05-27 01:34:11
力磁電多場耦合測量系統的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種力磁電多場耦合測量系統，包括：力加載模塊，力加載模塊包括連接杆、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器；磁加載模塊，磁加載模塊包括：處理模塊，處理模塊包括信號發生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計；其中，信號發生器與亥姆赫茲線圈相連，力顯示器與力傳感器相連，鎖相放大器與待測試件上下表面相連，力加載模塊嵌套在磁加載系統中，並通過固定基座來固定其相對位置，固定基座與鋁架通過緊固件固定，力傳感器固定在鋁架上。本發明的系統可實現不同力場、不同磁場的耦合時複合材料磁電性能的測量，且該系統結構簡單、操作方便、可重複性高。
【專利說明】力磁電多場耦合測量系統
【技術領域】
[0001]本發明具體涉及一種力磁電多場耦合測量系統。
【背景技術】
[0002]磁電複合材料是一種廣泛使用的智能材料，其應用領域寬廣，服役環境非常複雜。磁電複合材料在實際服役環境中不免會受到力場幹擾。這種幹擾目前日益受到科研人員重視，一方面這種幹擾會導致層狀磁電輸出出現失真的現象。另一方面，這種幹擾與磁場耦合時可能會導致某些磁電材料輸出信號放大。因此，科研人員開展對磁電複合材料的多場耦合的研究，一方面希望探討幹擾失真規律，給出修正係數，修正輸出信號，保證輸出信號的準確性。另一方面希望研究耦合幹擾對磁電係數的增益，達到放大輸出信號的效果，提高輸出信號，擴展磁電複合材料的使用範圍。然而，傳統的磁電複合材料研究聚焦在磁場、溫度對磁電性能的影響，無法解決實際使用時磁電複合材料還受到力場幹擾問題。
【發明內容】
[0003]本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0004]為此，本發明的目的在於提出一種力磁電多場耦合測量系統，該系統可實現不同力場、不同磁場的耦合時複合材料磁電性能的測量，且該系統結構簡單、操作方便、可重複性高。
[0005]為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種力磁電多場耦合測量系統，包括:力加載模塊，所述力加載模塊包括連接杆、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器；磁加載模塊，所述磁加載模塊包括:處理模塊，所述處理模塊包括信號發生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計；其中，所述信號發生器與所述亥姆赫茲線圈相連，所述力顯示器與所述力傳感器相連，所述鎖相放大器與待測試件上下表面相連，所述力加載模塊嵌套在所述磁加載系統中，並通過所述固定基座來固定其相對位置，所述固定基座與所述鋁架通過緊固件固定，所述力傳感器固定在所述鋁架上。
[0006]根據本發明實施例的力磁電多場I禹合測量系統，可以模擬磁電複合材料複雜的實際工作環境。通過對不同工況耦合情況下的數據的分析與研究，可以得出磁-力耦合加載對磁電係數的影響。結合理論分析可以得出力場對工作時磁電係數的幹擾係數，修正測量的磁電數據，保證了工作時磁電數據的準確性。同時也可以利用這種幹擾，提高測量的磁電係數數值。且該系統具有使用方便，結構緊湊，操作方便等優點，可以實現不同力場、靜磁場、交變磁場稱合時磁電複合材料的響應研究。
[0007]另外，根據本發明上述實施例的光力磁電多場耦合測量系統還可以具有如下附加的技術特徵:
[0008]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:緊鎖螺母，所述緊鎖螺母固定鑲嵌在所述鋁架上，並與所述連接杆相連。
[0009]在一些示例中，述連接杆為帶螺紋的連接杆。
[0010]在一些示例中，所述特斯拉計通過信號線與特斯拉探針相連。
[0011 ] 在一些示例中，所述處理模塊還包括直流磁場電源，所述直流磁場電源通過信號線與所述磁加載模塊相連。
[0012]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:兩側位移限定片，所述兩側位移限定片與所述鋁架通過四個緊固件固定。
[0013]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:活動壓力塊，所述活動壓力塊鑲嵌在所述鋁架與所述兩側位移限定片之間的滑槽上。
[0014]在一些示例中，所述處理模塊還包括應變儀,所述應變儀與待測試件表面粘貼應變片相連。
[0015]在一些示例中，所述信號發生器、力顯示器、鎖相放大器、應變儀、直流磁場電源和特斯拉計固定設置在一個可移動多層平臺上。
[0016]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1是根據本發明一個實施例的力磁電多場耦合測量系統的結構原理示意圖；
[0019]圖2是根據本發明一個實施例的力加載模塊的結構原理示意圖；以及
[0020]圖3是根據本發明一個實施例的待測試件放置方式示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0022]以下結合附圖描述根據本發明實施例的力磁電多場耦合測量系統。
[0023]圖1是根據本發明一個實施例的力磁電多場耦合測量系統的結構原理示意圖。如圖1所示，根據本發明一個實施例的力磁電多場耦合測量系統，包括:力加載模塊1、磁加載模塊2和處理模塊3。
[0024]其中，力加載模塊I包括連接杆16、固定基座18、亥姆赫茲線圈20、鋁架21和力傳感器22。在一些示例中，連接杆16例如為帶螺紋的連接杆。
[0025]磁加載模塊2與力加載模塊I相連。
[0026]處理模塊3包括信號發生器4、力顯示器5、鎖相放大器6和特斯拉計9。在一些示例中，特斯拉計9例如通過信號線與特斯拉計探針相連。
[0027]其中，如圖1和圖2所示，信號發生器4通過接口 13與亥姆赫茲線圈20相連，力顯示器5通過接口 12與力傳感器22相連，鎖相放大器6通過接口 15與待測試件上下表面相連，力加載模塊I嵌套在磁加載模塊2中，並通過固定基座18來固定其相對位置，固定基座18與鋁架21通過緊固件固定，力傳感器22固定在鋁架21上，更為具體地，力傳感器22固定在鋁架21上凸出方杆上。
[0028]進一步地，如圖1和圖2所示，力加載模塊I還包括:緊鎖螺母19、兩側位移限定片17和活動壓力塊24。其中，緊鎖螺母19固定鑲嵌在鋁架21上且不能轉動，並與連接杆16相連。兩側位移限定片17與鋁架21通過四個緊固件固定。活動壓力塊24鑲嵌在鋁架21與兩側位移限定片17之間的滑槽25中間，從而限制了活動壓力塊24使其智能上下滑動。
[0029]如圖1和圖2所示，處理模塊3還包括:應變儀7和直流磁場電源8。其中，應變儀7通過接口 14與待測試件表面粘貼應變片相連。直流磁場電源8通過信號線11與磁加載模塊2相連。
[0030]在一些示例中，如圖1和圖2所示,亥姆赫茲線圈20、力傳感器22、待測試件上下表面、待測試件表面粘貼應變片26引出的的信號線整合到統一的接線端子，接口分別為13、12、15 和 14。
[0031]在另一個示例中，信號發生器4、力顯示器5、鎖相放大器6、應變儀7、直流磁場電源8和特斯拉計9固定設置在一個可移動多層平臺上。
[0032]作為一個具體示例，結合圖3所示，該力磁電多場耦合測量系統的測量原理概述為:首先，待測試件放置在試件臺23上，由於帶螺紋的連接杆16與緊鎖螺母19相連，在轉動連接杆16時連接杆16向下位移。由於特製鋁架21與兩側位移限定片17中間的滑槽25限制了活動壓力塊24使之只能上下滑動，因此，連接杆16帶動活動壓力塊24向下移動以對待測試件施加壓力，壓力大小通過力傳感器22和力顯示器5判讀。而由於帶螺紋的連接杆16與緊鎖螺母19的自鎖現象，因此，壓力保持恆定。
[0033]進一步示例中，該測量系統的測量過程的主要步驟如下:
[0034]步驟1，調節及安裝:將待測試件放置在試件臺上，轉動帶螺紋的連接杆的位置使得待測試件保持微小的壓力，並保證待測試件不發生移動。
[0035]步驟2，參數設置:通過輸入力傳感器相應的參數，設定力顯示器的各個參數，保證壓力讀數準確。
[0036]步驟3，測試:打開信號發生器，向亥姆赫茲線圈輸入特定頻率、特定電壓的交流電流。打開靜磁場電源，向電磁鐵輸入電源。打開鎖相放大器，接收壓電材料上下表面電壓。打開應變儀，測量磁電複合材料的應變情況。轉動帶螺紋的連接杆，以帶動活動壓力塊給待測試件一定壓力，並通過力顯示器讀出。
[0037]步驟4，實驗結果處理:通過對不同耦合狀態時對應磁電複合材料輸出的應變、磁電係數的分析，可以得出多場耦合對磁電複合材料影響規律。
[0038]根據本發明實施例的力磁電多場I禹合測量系統，可以模擬磁電複合材料複雜的實際工作環境。通過對不同工況耦合情況下的數據的分析與研究，可以得出磁-力耦合加載對磁電係數的影響。結合理論分析可以得出力場對工作時磁電係數的幹擾係數，修正測量的磁電數據，保證了工作時磁電數據的準確性。同時也可以利用這種幹擾，提高測量的磁電係數數值。且該系統具有使用方便，結構緊湊，操作方便等優點，可以實現不同力場、靜磁場、交變磁場稱合時磁電複合材料的響應研究。
[0039]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0040]此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0041]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0042]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
[0043]在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
[0044]儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種力磁電多場稱合測量系統，其特徵在於，包括: 力加載模塊，所述力加載模塊包括連接杆、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器； 磁加載模塊，所述磁加載模塊與所述力加載模塊相連； 處理模塊，所述處理模塊包括信號發生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計； 其中，所述信號發生器與所述亥姆赫茲線圈相連，所述力顯示器與所述力傳感器相連，所述鎖相放大器與待測試件上下表面相連，所述力加載模塊嵌套在所述磁加載模塊中，並通過所述固定基座來固定其相對位置，所述固定基座與所述鋁架通過緊固件固定，所述力傳感器固定在所述鋁架上。
2.根據權利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述力加載模塊還包括:緊鎖螺母，所述緊鎖螺母固定鑲嵌在所述鋁架上，並與所述連接杆相連。
3.根據權利要求2所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述連接杆為帶螺紋的連接杆。
4.根據權利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述特斯拉計通過信號線與特斯拉探針相連。
5.根據權利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述處理模塊還包括直流磁場電源，所述直流磁場電源通過信號線與所述磁加載模塊相連。
6.根據權利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述力加載模塊還包括:兩側位移限定片，所述兩側位移限定片與所述鋁架通過四個緊固件固定。
7.根據權利要求6所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述力加載模塊還包括:活動壓力塊，所述活動壓力塊鑲嵌在所述鋁架與所述兩側位移限定片之間的滑槽上。
8.根據權利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述處理模塊還包括應變儀，所述應變儀與待測試件表面粘貼應變片相連。
9.根據權利要求1-8任一項所述的力磁電多場耦合測量系統，其特徵在於，所述信號發生器、力顯示器、鎖相放大器、應變儀、直流磁場電源和特斯拉計固定設置在一個可移動多層平臺上。
【文檔編號】G01N3/08GK104198282SQ201410400335
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】方菲, 周洋洋 申請人:清華大學